太阳能与市电互补的500W供电系统

【摘要】：本文的主要内容是500W供电系统的研究,探讨了一套完整的光伏独立供电系统的设计方法。结合目前非洲等国家和地区的供电实际情况,提出了太阳能与市电互补充电的设计构想,并重点研究了2路输出电压可切换的逆变电源的实现方法。本文以基于储能的互补充电控制系统为基础,阐述了太阳能光伏发电的发展趋势和基本原理。对光伏发电的最大功率点跟踪控制方法进行了简要分析,通过合理选择蓄电池的充电策略和控制方法,实现太阳能与市电对蓄电池的互补充电。重点研究了以逆变技术为核心的独立供电系统。通过比较分析几种典型逆变系统的拓扑结构和控制方式的优缺点,确定采用互补PWM控制的高频推挽升压和单极性SPWM控制的全桥逆变结构组成主电路拓扑。利用高频变压器次级2主绕组之间的切换,产生2种不同幅值的直流母线电压,进而在输出端产生2种不同幅值的工频交流电压。文章首先对系统采用的推挽和全桥变换器的拓扑结构和工作原理进行分析介绍,并依此给出驱动控制电路和各种保护电路的选择依据及相关参数的具体设计过程。前级DC-DC推挽升压部分,采用PWM控制芯片SG3525产生2路互补的PWM控制信号。后级DC-AC全桥逆变部分,采用纯正弦波逆变控制芯片TDS2285产生4路SPWM控制信号。同时,此逆变系统具有完善的保护措施,包括蓄电池欠压过压保护、防反接保护、温度保护、输出过流短路保护等。最后,在理论分析和参数设计的基础上,搭建了一台500W实验样机,并进行了系统测试。分析了系统的PWM驱动波形和SPWM驱动波形,以及不同功率负载时的输出电压、频谱响应等。结果表明,本文所论述的逆变电源的设计方案切实可行,具有良好的可靠性和稳定性,基本达到预期目标。 【关键词】：供电系统 推挽升压 全桥逆变 PWM SPWM
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外光伏产业现状与发展趋势11-13
• 1.2.1 国外产业现状与趋势11-12
• 1.2.2 国内产业现状与趋势12-13
• 1.3 光伏独立供电系统概述13-17
• 1.3.1 系统的基本组成13-14
• 1.3.2 控制器的技术现状与趋势14-16
• 1.3.3 逆变器的技术现状与趋势16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 第二章 太阳能与市电互补控制器的理论与研究18-31
• 2.1 太阳能电池的工作原理和基本特性18-21
• 2.1.1 太阳能电池的分类18
• 2.1.2 太阳能电池的工作原理18-19
• 2.1.3 太阳能电池的基本特性19-21
• 2.2 太阳能电池最大功率点跟踪21-26
• 2.2.1 最大功率点跟踪原理21-22
• 2.2.2 最大功率点跟踪控制方法22-26
• 2.3 蓄电池的工作原理和基本特性26-28
• 2.3.1 铅酸蓄电池的工作原理26-27
• 2.3.2 铅酸蓄电池的性能参数27-28
• 2.4 蓄电池充电控制方法28-30
• 2.4.1 恒流充电法29
• 2.4.2 恒压充电法29
• 2.4.3 阶段充电法29-30
• 2.4.4PWM充电法30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 独立供电系统中逆变电源的理论与研究31-37
• 3.1 独立供电系统对逆变电源的要求31
• 3.2 独立供电系统中逆变电源的方案选取31-32
• 3.2.1 低频链逆变系统31-32
• 3.2.2 高频链逆变系统32
• 3.2.3 无变压器逆变系统32
• 3.3 高频链逆变电源拓扑结构分析32-34
• 3.3.1 DC-DC变换器32-34
• 3.3.2 DC-AC变换器34
• 3.3.3 逆变电源整体系统结构34
• 3.4 逆变电源中的控制策略34-36
• 3.4.1 DC-DC变换器控制策略34-35
• 3.4.2 DC-AC变换器控制策略35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 逆变电源DC-DC升压电路的设计37-51
• 4.1 推挽升压电路拓扑37-38
• 4.1.1 典型推挽拓扑结构和工作原理37-38
• 4.1.2 输出电压可切换的推挽拓扑结构38
• 4.2 推挽主电路参数的确定38-40
• 4.2.1 功率开关管的选择38-39
• 4.2.2 整流二极管的选择39
• 4.2.3 输出滤波器的设计39-40
• 4.3 控制电路的设计40-44
• 4.3.1 PWM控制芯片的选取40-42
• 4.3.2 PWM控制电路的设计42-43
• 4.3.3 反馈电路的设计43-44
• 4.4 保护电路的设计44-47
• 4.4.1 防反接保护电路44-45
• 4.4.2 输入欠压过压保护电路45-46
• 4.4.3 系统温度保护电路46-47
• 4.5 高频变压器的设计47-50
• 4.5.1 磁芯的选取47
• 4.5.2 最大磁通变化量的选取47-48
• 4.5.3 绕组匝数和磁芯横截面积的选择48
• 4.5.4 最大输出功率的计算48-49
• 4.5.5 初次级绕组线径的选择49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 逆变电源DC-AC逆变电路的设计51-62
• 5.1 全桥逆变电路拓扑51-56
• 5.1.1 全桥逆变拓扑结构和工作原理51-52
• 5.1.2 主电路参数的确定52
• 5.1.3 吸收缓冲电路的设计52-54
• 5.1.4 输出滤波器的设计54-56
• 5.2 控制电路的设计56-58
• 5.2.1 SPWM控制芯片的选取56-57
• 5.2.2 SPWM控制电路的设计57-58
• 5.3 驱动及保护电路的设计58-61
• 5.3.1 死区电路的设计58-59
• 5.3.2 驱动电路的设计59-60
• 5.3.3 保护电路的设计60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 系统实验结果与分析62-68
• 6.1 DC-DC部分实验波形与分析62-63
• 6.1.1 PWM驱动波形分析62-63
• 6.1.2 开关管波形分析63
• 6.2 DC-AC部分实验波形与分析63-65
• 6.2.1 SPWM驱动波形分析63-64
• 6.2.2 交流输出波形分析64-65
• 6.3 系统参数性能分析65-67
• 6.4 硬件电路外观与系统运行实物图67-68
• 第七章 总结与展望68-70
• 7.1 本文总结68
• 7.2 工作展望68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 附录74

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