小型户用储能式光伏发电控制系统的研究

【摘要】：随着世界工业化进程的快速发展,能源紧缺与环境污染问题日益突显。作为世界上最大的发展中国家,中国的能源和环境问题更为严峻,以光伏发电为代表的清洁能源体系代替以化石燃料为主的能源体系势在必行。本文在分析了光伏发电产业及相关控制技术现状的基础上,综合对比传统的并网系统和离网系统的优缺点,设计了既可以离网独立工作,又能并网运行将富余电能输入电网的小型户用储能式光伏发电系统。本文详细研究了光伏电池、Boost电路、Buck-Boost电路、逆变电路以及储能电池等。首先是对光伏电池的工作原理及模型做了分析和仿真,并根据其输出特性进行了最大功率点跟踪(MPPT)的研究,通过分析一些传统的MPPT算法跟踪速度慢、效率低的缺点,提出了改进算法,并对其进行了仿真验证。然后分析了Boost升压电路和双向Buck-Boost电路拓扑及工作原理,并对系统储能电池环节做了控制系统设计。本文选择单相全桥电路作为逆变主电路,确定了逆变电路采用SPWM调制方式,根据逆变器在离网和并网工作状态下控制策略的不同,分别进行控制系统设计,并对并网工作时的孤岛保护进行了研究,比较被动保护和主动保护的优缺点,采用AFD算法作为防孤岛效应算法。根据本文的理论研究,设计了5kW小型户用储能式光伏发电系统的硬件电路,包含器件参数的计算和选型,同时对辅助电路部分进行了设计,包括信号采样、功率管的驱动等。控制芯片选择TMS320F28335,并对其端口进行了分配。最后对本文研究的小型户用储能式光伏系统进行相关的仿真实验,通过使用MATLAB进行仿真并对结果进行分析,并应用PVsyst对整个光伏系统运行情况进行模拟,结果表明小型户用储能式光伏发电系统可以满足系统设计要求,并有一定实际意义。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 储能 逆变器 孤岛检测
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 本课题研究背景与意义12-13
• 1.2 光伏发电系统的发展现状和研究13-18
• 1.2.1 离网系统13-14
• 1.2.2 并网系统14-17
• 1.2.3 储能式并网光伏系统17-18
• 1.3 主要研究内容18-20
• 2 小型户用储能式光伏系统原理20-32
• 2.1 系统整体设计20-21
• 2.1.1 系统整体设计电路20-21
• 2.1.2 系统设计指标21
• 2.2 光伏电池的工作原理及仿真21-24
• 2.2.1 光伏电池的工作原理21-22
• 2.2.2 光伏电池输出特性仿真22-24
• 2.3 Boost升压电路工作原理24-25
• 2.4 双向DC-DC电路工作原理25-27
• 2.5 单相逆变电路27-30
• 2.5.1 工作原理27-28
• 2.5.2 SPWM调制技术28-30
• 2.6 本章小结30-32
• 3 光伏系统控制设计32-50
• 3.1 光伏系统MPPT算法32-37
• 3.1.1 MPPT控制原理32-33
• 3.1.2 常用的MPPT算法33-37
• 3.2 逆变器控制设计37-45
• 3.2.1 离网控制设计37-40
• 3.2.2 并网控制设计40-44
• 3.2.3 双模式切换控制策略44-45
• 3.3 孤岛效应研究45-47
• 3.3.1 孤岛效应的介绍45-46
• 3.3.2 孤岛效应检测46-47
• 3.4 双向Buck-Boost变换器控制策略设计47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 4 系统硬件设计50-60
• 4.1 Boost电路设计50-52
• 4.1.1 储能器件设计50-52
• 4.1.2 开关器件选择52
• 4.2 逆变电路设计52-54
• 4.2.1 功率器件选择52-53
• 4.2.2 输出滤波器件设计53-54
• 4.3 双向DC-DC电路设计54-55
• 4.3.1 电池侧电感设计54
• 4.3.2 开关器件选择54-55
• 4.4 辅助硬件电路设计55-58
• 4.4.1 驱动电路设计55-57
• 4.4.2 采样调理电路设计57-58
• 4.5 TMS320F28335端口分配58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 5 实验仿真验证60-74
• 5.1 MPPT的仿真60-63
• 5.2 逆变系统的仿真分析63-66
• 5.3 孤岛检测的仿真分析66-68
• 5.4 基于PVsyst的光伏系统仿真68-72
• 5.5 本章小结72-74
• 6 总结和展望74-76
• 6.1 总结74
• 6.2 展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 作者简介及读研期间主要科研成果82

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