太阳能光伏阵列模拟器的研究

【摘要】：随着太阳能光伏并网发电技术的日趋成熟,太阳能光伏并网逆变器也随之被大量的研发、生产。若以实际的太阳能电池板产生的直流电作为逆变器的输入,因光照强度和温度都不易改变,无法及时模拟不同的太阳能光伏特性曲线,所以逆变器的研发周期受到了很大的限制。 太阳能光伏阵列模拟器的研制成功地解决了上述问题,模拟器能够按照特定的光伏特性曲线的要求,模拟光伏阵列在任意光照强度、任意温度下的直流输出,供逆变器调试使用。模拟器可以在短时间内模拟单个甚至多个光伏特性曲线的不同状况下的输出直流,极大的方便了逆变器的调试。 随着光伏并网逆变器的高频化趋势,其功率等级等性能有较大的提高,作为前端输入设备的光伏阵列模拟器的设计也要求不断提高开关频率。而在保持原有功率等级不变的情况下提高模拟器的开关频率,就需要考虑基于软开关技术的模拟器拓扑。一种二次侧利用简单的辅助电路的零电压零电流移相全桥变换器在模拟器中的应用,能很好的解决上述问题,该电路能实现超前臂零电压开通、滞后臂零电流关断,在提高模拟器的开关频率的同时,大大降低了开关管的开通、关断时所产生的损耗,使模拟器的效率大为提高。 在光伏阵列模拟器中引入软开关技术时需要对软开关全桥电路中各个元器件都选择合理的参数,保证谐振电路的正常工作,模拟器才能运行在软开关状态,而主电感、电容参数,谐振电感、电容参数,以及隔离变压器参数的准确计算,更是软开关谐振电路稳定运行的保障。本文给出了软开关全桥电路中各个元器件全部参数计算,并确定了太阳能光伏阵列模拟器装置的器件型号。 通过仿真既可验证软开关电路中各个器件选取的正确性,又可对所选择的控制策略加以验证,并从中分析控制中的不足,也为具体实验调试提供依据。本课题中搭建了太阳能光伏阵列模拟器仿真模型,验证了软开关电路中各个器件选取的正确性。并对基于软开关的太阳能光伏阵列模拟器的控制系统和相应的控制方法进行了初步的研究。 【关键词】：太阳能光伏阵列模拟器 软开关技术 零电压零电流移相全桥变换器控制策略
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 太阳能资源的利用9-13
• 1.1.1 太阳能概况及利用前景9-10
• 1.1.2 光伏发电技术的发展和现状10-13
• 1.2 太阳能电池特性及数学物理模型13-17
• 1.2.1 太阳能电池的基本原理与特性13-14
• 1.2.2 太阳能光伏阵列的数学物理模型14-17
• 1.3 太阳能光伏阵列模拟器的研究17-18
• 1.3.1 课题的研究意义17
• 1.3.2 国内外研究状况17-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 2 太阳能光伏阵列模拟器的结构及工作原理20-26
• 2.1 太阳能光伏阵列模拟器的整流电路20-21
• 2.2 太阳能光伏阵列模拟器功率电路21-24
• 2.2.1 正激型功率电路21-22
• 2.2.2 半桥型功率电路22
• 2.2.3 全桥型功率电路22
• 2.2.4 降压型功率电路22-23
• 2.2.5 二象限斩波型功率电路23
• 2.2.6 其它电路23-24
• 2.3 太阳能光伏阵列模拟器控制电路24
• 2.4 太阳能光伏阵列模拟器的工作原理24-26
• 2.4.1 查表法24-25
• 2.4.2 计算法25
• 2.4.3 拟合法25-26
• 3 太阳能光伏阵列模拟器主电路设计26-47
• 3.1 太阳能光伏阵列模拟器主电路拓扑方案选择26-30
• 3.1.1 一次测加隔直电容以及饱和电感的ZVZCS-FB全桥变换器27-28
• 3.1.2 二次测采用有源筘位开关的ZVZCS-FB全桥变换器28
• 3.1.3 二次测带有能量恢复缓冲谐振电路的ZVZCS-FB全桥变换器28-29
• 3.1.4 在滞后桥臂串联了二极管的ZVZCS-FB全桥变换器29
• 3.1.5 利用简单的辅助电路的ZVZCS-FB全桥变换器29-30
• 3.2 模拟器主电路方案工作原理分析30-36
• 3.3 模拟器主电路拓扑器件选型36-47
• 3.3.1 交流处理电路器件选型38-40
• 3.3.2 整流电路器件选型40-41
• 3.3.3 直流功率电路器件选型41-47
• 4 太阳能光伏阵列模拟器的仿真47-51
• 4.1 太阳能光伏阵列模拟器的仿真系统建模47-48
• 4.2 负载固定时太阳能光伏阵列模拟器仿真48-49
• 4.3 负载变化时太阳能光伏阵列模拟器仿真49-51
• 5 太阳能光伏阵列模拟器控制系统设计及实验结果分析51-56
• 5.1 太阳能光伏阵列模拟器控制系统基本组成51-54
• 5.2 太阳能光伏阵列模拟器控制系统软件设计54-56
• 6 结论56-58
• 6.1 对已完成工作的总结56
• 6.2 目前存在的不足56-58
• 参考文献58-60
• 在学研究成果60-61
• 致谢61

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