光伏与市电并联直流供电系统的能量变换关键技术研究

【摘要】：为应对日益严重的环境污染和资源紧缺等问题,光伏能源作为一种资源庞大的可再生清洁能源正在被不断的开发和利用。随着分布式光伏发电和光伏建筑一体化的发展,光伏直流供电系统将得到广泛的使用。本文主要以光伏直流供电系统为研究对象,对光电互补并联供电系统作了全面的理论分析和研究。针对系统的拓扑结构、能量管理控制策略、主电路参数以及控制环路等进行了详细的研究和设计,主要内容有:1.通过分析光伏发电系统的不同电路拓扑结构及各自的应用场合,最终选定移相内高频全桥作为光伏能量变换器,用于实现光伏最大功率点跟踪或者输出电压稳定,并对移相全桥电路进行了小信号建模、原理性分析和设计。为保证负载能量的稳定性,引入了市电做后备电源,考虑到市电的功率因数和能量是否可逆等问题,选取PWM整流器作为光伏补偿能量变换器。2.对系统的能量进行管理,就是通过设计可行的系统控制策略,实现光伏阵列总是以最大功率输出,同时为直流负载提供稳定能量。供电系统是由两个子系统构成的两级系统,通过对子系统的分析和研究,结合系统控制的核心,即最大功率点跟踪和稳压,提出了两种可行的控制策略,并为此进行了能量解耦的设计。3.主电路参数的选择对系统能否正常工作,以及市电的功率因数高低起着重要作用,为此进行了参数的研究和设计。滤波器设计的是否合理将会影响到整个系统的稳定性,因此分析了直流侧和交流侧滤波器的设计思想和过程。为实现负载的快速稳压,在电压外环提出了模糊PID控制,用于增加系统的快速性和鲁棒性。还研究了数字控制器在系统控制中的应用以及如何实现控制目标。4.根据文中所提的能量控制策略,利用Simulink软件对系统建立了相应的仿真模型,并进行了仿真。针对4kW供能系统的技术参数,采用DSP芯片TMS320F2812作为控制芯片,搭建了试验平台,进行了相关实验验证。 【关键词】：光电互补 能量管理 最大功率点跟踪 移相全桥 PWM整流器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TM721.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 光伏发电的利用形式11-15
• 1.2.1 独立式光伏发电12
• 1.2.2 并网式光伏发电12-13
• 1.2.3 混合式光伏发电13-15
• 1.3 光伏与市电并联直流供电系统分类15-17
• 1.3.1 含蓄电池的光电并联直流供电系统15-16
• 1.3.2 市电不可逆流的光电并联直流供电系统16
• 1.3.3 市电可逆流的光电并联直流供电系统16-17
• 1.4 本文主要内容17-19
• 第二章 系统结构与电路拓扑的研究19-37
• 2.1 市电可逆流的光电并联直流供电系统分析19-22
• 2.1.1 最大功率点跟踪原理19-20
• 2.1.2 DC/DC变换器的选择20-21
• 2.1.3 双向AC/DC变换器的选择21-22
• 2.2 市电可逆流的光电并联直流供电系统结构22
• 2.3 移相全桥变换器的研究22-30
• 2.3.1 移相全桥变换器实现稳压的原理23-24
• 2.3.2 移相全桥变换器实现MPPT的原理24-25
• 2.3.3 移相全桥DC/DC变换器的小信号建模25-30
• 2.4 PWM整流器的研究30-35
• 2.4.1 能量的双向流动机理30-31
• 2.4.2 PWM整流器的运行分析31-33
• 2.4.3 PWM整流器的模态分析33-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 能量解耦的控制方法与设计37-51
• 3.1 市电可逆流的光电并联直流供电系统原理图37
• 3.2 能量解耦的控制方法37-41
• 3.2.1 利用DC/DC变换器实现MPPT38-39
• 3.2.2 利用PWM整流器实现MPPT39-41
• 3.3 并联供电系统的工作模式41-42
• 3.4 能量解耦的设计42-50
• 3.4.1 移相全桥DC/DC变换器的稳压设计42-47
• 3.4.2 移相全桥DC/DC变换器的MPPT设计47-48
• 3.4.3 PWM整流器的能量解耦设计48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 系统的硬件与软件设计51-63
• 4.1 移相全桥的硬件设计51-55
• 4.1.1 高频变压器设计51-53
• 4.1.2 滤波电感的设计和滤波电容的选择53-54
• 4.1.3 主开关管及不可控二极管的选择54-55
• 4.2 移相全桥的软件设计55-57
• 4.3 PWM整流器的硬件设计57-59
• 4.3.1 交流侧电感设计57-58
• 4.3.2 直流侧二次滤波器的设计58-59
• 4.3.3 直流侧电容的选择59
• 4.4 PWM整流器的软件设计59-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 系统的仿真及实验分析63-71
• 5.1 系统仿真63-66
• 5.1.1 移相全桥实现MPPT仿真63-64
• 5.1.2 PWM整流器的稳压仿真64-65
• 5.1.3 系统联合供电仿真65-66
• 5.2 实验样机参数66-67
• 5.2.1 移相全桥子系统67
• 5.2.2 PWM整流器子系统67
• 5.3 实验数据和分析67-70
• 5.3.1 采用移相全桥实现MPPT的测试实验67-69
• 5.3.2 采用PWM整流器实现稳压控制实验69
• 5.3.3 系统联合供电实验验证69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 论文总结71-72
• 6.2 工作展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 攻硕期间取得的研究成果77-78

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