光伏发电充电与逆变控制研究

【摘要】：社会经济的发展需要能源作为支撑。全球范围内对能源需求的增长使得石油,煤炭,天然气等非可再生能源被大量的利用,直接威胁全人类的可持续发展。因而,对于可替代能源的开发迫在眉睫。太阳能作为取之不尽,安全可靠,纯天然资源,成为世界各国科学研究的热点。为了克服传统的独立式光伏系统最大功率跟踪速度响应慢、对于外界环境的抗干扰能力差、逆变输出效率低等不足,本文以基于高频链技术的独立式光伏系统为研究对象,重点对此系统的充电与逆变控制进行了深入的研究。首先,对独立式光伏发电系统的拓扑结构和各部分工作原理做了详细的介绍,通过对传统型光伏发电系统和其他光伏系统的优缺点进行比较和分析,采用基于高频链技术的独立式光伏系统结构,使得系统结构简单,易于控制,噪音降低,转换效率提高。其次,在分析了光伏阵列的数学模型、蓄电池工作特性的前提下,将改进型变步长增量电导法与三阶段充电相结合,提出了基于MPPT的新型变步长增量电导法充电技术,从而有效提高光伏阵列的工作效率,更精准的跟踪最大功率点,实现能量的高效转换和存储。再次,对独立式光伏系统从控制策略、硬件设计、软件实现进行了详细的分析。通过双闭环控制策略,采用单极性脉宽调制方法,对高频链逆变环节中的推挽变换器和全桥逆变电路进行控制,降低了逆变输出谐波含量,提高了逆变效率。在硬件设计方面,对充电功率电路、升压变换器功率电路、逆变电路和采样、驱动电路等主要部件进行了大量的参数计算和相关器件的选择说明。对系统充电和逆变过程中软件功能的实现做了细致的阐述。最后,以Matlab/simulink为仿真工具,对独立式光伏系统中各模块功能的实现进行了大量仿真验证。搭建了整个系统联机调试的实验平台,通过示波器实验波形测试,实验结果表明该系统达到了设计要求,能够实现独立式光伏系统充电和逆变的精确控制。 【关键词】：光伏系统 最大功率跟踪 三阶段充电 高频逆变
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 选题背景和意义9-10
• 1.2 国内外光伏产业和技术发展10-13
• 1.2.1 产业发展10-12
• 1.2.2 技术发展12-13
• 1.3 光伏系统的分类和应用13-16
• 1.3.1 并网式光伏系统13-14
• 1.3.2 独立式光伏系统14-16
• 1.4 本文研究目的和意义16-17
• 1.5 本文研究的主要内容17-18
• 2 基于高频链技术的独立式光伏拓扑结构18-27
• 2.1 传统低频逆变技术18-19
• 2.2 传统独立式光伏系统19-20
• 2.3 高频环节逆变器20-21
• 2.4 独立式光伏系统应用高频链技术21-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 基于新型变步长增量电导法的充电技术研究27-40
• 3.1 光伏阵列的工作特性27-30
• 3.1.1 光伏阵列的数学模型和输出特性27-30
• 3.1.2 负载与光伏阵列的关系30
• 3.2 铅酸蓄电池的工作特性30-33
• 3.2.1 铅酸蓄电池的动态模型31-32
• 3.2.2 影响铅酸蓄电池寿命的外在因素32
• 3.2.3 铅酸蓄电池在光伏中的应用32-33
• 3.3 最大功率跟踪(MPPT)的工作原理33-37
• 3.3.1 常用MPPT算法33-34
• 3.3.2 新型变步长增量电导法34-37
• 3.4 基于新型变步长增量电导法MPPT的三阶段充电37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 独立式光伏系统的设计与实现40-65
• 4.1 独立式光伏系统的设计要求40
• 4.2 独立式光伏系统总体框架40-42
• 4.2.1 总体设计架构40-41
• 4.2.2 控制器的选择41-42
• 4.3 逆变系统控制策略42-47
• 4.3.1 推挽变换器的控制策略42-45
• 4.3.2 全桥逆变器的控制策略45-47
• 4.4 独立式光伏系统硬件设计47-60
• 4.4.1 充电器功率电路48-49
• 4.4.2 升压变换器功率电路49-54
• 4.4.3 逆变器电路54-55
• 4.4.4 采样电路55-59
• 4.4.5 驱动电路59-60
• 4.5 独立式光伏系统软件设计60-64
• 4.5.1 充电系统61-62
• 4.5.2 逆变系统62-64
• 4.6 本章小结64-65
• 5 独立式光伏系统的仿真和实验65-75
• 5.1 光伏板仿真模型65-66
• 5.2 最大功率跟踪仿真66-69
• 5.3 充电系统仿真69-71
• 5.4 高频链逆变器仿真71-72
• 5.5 基于硬件和软件平台的实验72-74
• 5.6 本章小结74-75
• 6 结论75-77
• 6.1 工作总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文80-81
• 致谢81-83

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