光伏升压DC/DC功率变换器的设计与研究

【摘要】：随着石化资源的日渐枯竭,将太阳能转化成电能是目前比较普遍的一种应用方式,但是在转换的过程中,太阳能电池的光电转换效率低下一直是一个困扰太阳能大面积应用的关键问题。所以,研究怎样高效率的利用太阳能进行发电就成了光伏发电的重点研究领域。提高太阳能电池的功率输出效率和优化太阳能电池的后级功率变换电路的结构是高效利用太阳能进行发电的两个重点研究方向。本文将交错并联技术引入到光伏发电系统的DC/DC功率变换器中,以TMS320C28035作为控制芯片,设计了满足在光伏发电系统中能有效进行最大功率点跟踪的满载功率为500W的DC/DC功率变换器,通过在太阳能电池阵列模拟器上进行测试,各项结果达到了设计要求。本文主要完成以下几方面的工作：(1)对实际工程中常用的几种MPPT控制算法进行了介绍,重点研究了扰动观察法和电导增量法,通过仿真研究指出了扰动观察法和电导增量法的优点和不足,电导增量法更具有工程应用价值；(2)针对光伏发电系统对功率变换电路的特殊要求,提出使用交错并联Boost电路作为太阳能电池板的后级功率变换电路,研究了交错并联Boost电路的工作模式并对交错并联Boost电路进行建模,为后面的系统设计提供了理论基础；(3)仿真研究了交错并联Boost电路的纹波抵消能力并设计利用LLC谐振电路进行高频隔离,利用小信号建模得出交错并联Boost电路传递函数,针对电流环路设计补偿环节,根据控制对象的特点提出了双闭环控策略并针对电压环路设计了补偿环节,改善了系统动态与稳态性能；(4)根据电路的参数要求,对各部分硬件电路进行详细的分析设计,按照系统功能要求,编写各部分的软件程序,包括MPPT程序,中断服务子程序,后台任务状态机程序等,结合硬件电路进行软件调试,经过验证分析,本文设计的DC/DC功率变换器可以很好的跟踪太阳能电池板的最大功率输出,并向后级提供稳定直流母线电压。 【关键词】：MPPT 交错并联 光伏 双闭环 LLC
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及意义10-12
• 1.2 光伏发电系统结构12-14
• 1.3 课题研究内容14-17
• 1.4 本文结构17-18
• 第2章 太阳能电池与MPPT算法研究18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 光伏发电原理18-21
• 2.2.1 太阳能电池阵列结构19
• 2.2.2 太阳能电池工作原理19-21
• 2.3 太阳能电池的仿真模型21-24
• 2.3.1 太阳能电池的建模与仿真21-23
• 2.3.2 太阳能电池的电气特性分析23-24
• 2.4 MPPT控制算法24-32
• 2.4.1 MPPT简介24-25
• 2.4.2 扰动观察法25-28
• 2.4.3 电导增量法28-30
• 2.4.4 MPPT仿真跟踪分析30-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 光伏升压DC/DC变换器拓扑结构与控制研究34-54
• 3.1 引言34
• 3.2 常用光伏DC/DC功率变换器34-35
• 3.3 交错并联Boost工作原理与建模35-43
• 3.3.1 光伏系统对变换器的特殊要求35-36
• 3.3.2 两相交错并联Boost电路的建模36-40
• 3.3.3 交错并联纹波分析40-43
• 3.4 LLC谐振电路的工作原理43-46
• 3.5 系统控制设计46-53
• 3.5.1 交错并联Boost电路小信号模型46-48
• 3.5.2 控制策略48-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 光伏升压DC/DC变换器软硬件设计54-78
• 4.1 引言54
• 4.2 总体设计方案54-57
• 4.3 硬件设计57-66
• 4.3.1 交错并联Boost变换器参数设计57-61
• 4.3.2 LLC谐振电路参数设计61-63
• 4.3.3 控制电路设计63-64
• 4.3.4 驱动和采样电路设计64-66
• 4.4 软件设计66-72
• 4.4.1 软件的总体设计66
• 4.4.2 主程序设计66-67
• 4.4.3 中断服务子程序设计67-69
• 4.4.4 后台系统任务程序设计69-71
• 4.4.5 A/D算法程序设计71-72
• 4.5 实验结果与分析72-76
• 4.5.1 主电路运行分析72-73
• 4.5.2 MPPT跟踪实验的结果与分析73-76
• 4.6 本章小结76-78
• 第5章 总结与展望78-80
• 参考文献80-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士学位期间所做的工作88

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