负载适应型光伏模块集成式变换器关键技术研究

【摘要】：与太阳能电池板集成的模块集成式变换器(Module Integrated Converter, MIC)可以针对每块光伏电池提高光伏能量利用率、降低光伏阵列中部分遮蔽对发电系统的影响,因而其在光伏发电系统中得到了广泛的关注。针对MIC的研究多以电路拓扑、效率优化和串联运行为主,而针对储能和独立负载应用的研究较少。本文针对Boost拓扑的MIC,对其负载适应(识别)、功率追踪和串并联运行等关键问题进行了研究。分析了光伏电池组件的常见工作状态及其应用场合。阐述了Boost型MIC主电路的工作原理,并根据不同负载的工作模式利用状态空间平均法和小信号分析法得出变换器在输入电压控制模式与输出电压控制模式下的传递函数,在此基础上针对每个控制目标进行控制系统设计。分析比较了光伏MIC在不同负载下的稳态特性,分析了常见切换方法的优缺点,针对MIC在不同运行工况下控制变量的特征,设计了系统的有限状态机；提出一种基于有限状态机的能够满足MIC多工况快速切换的方法,实现了控制回路层面上的状态快速切换。采用变步长的电阻增量法对太阳能电池板的输出进行最大功率追踪,有效解决了光伏最大功率跟踪快速性与最大功率点稳态振荡的问题,并通过PSIM仿真验证了算法的快速性与准确性。设计完成了光伏模块集成式变换器样机,实验结果表明,样机实现了有限状态机的快速切换、最大功率跟踪以及模块的串并联运行。 【关键词】：负载适应 模块集成式变换器 最大功率跟踪 有限状态机
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 课题背景及意义8
• 1.2 负载适应型光伏模块集成式变换器的研究现状8-10
• 1.3 光伏发电系统的结构10-13
• 1.4 光伏负载多样化问题13
• 1.5 本文主要研究内容13-15
• 第二章 光伏模块集成式变换器系统分析15-23
• 2.1 负载适应型光伏模块集成式变换器功率电路15
• 2.2 MIC功率级电路建模15-23
• 2.2.1 MIC输出电压控制模式建模17-19
• 2.2.2 MIC输入电压控制模式建模19-23
• 第三章 光伏最大功率追踪设计23-38
• 3.1 光伏电池工作原理23-24
• 3.2 光伏电池的电路模型24-26
• 3.3 环境因素对最大功率点的影响26-28
• 3.4 最大功率点跟踪算法28-31
• 3.5 MPPT设计31-34
• 3.6 最大功率跟踪仿真34-38
• 第四章 光伏模块集成式变换器控制系统设计38-55
• 4.1 光伏模块集成式变换器负载分析38-40
• 4.2 负载适应型MIC控制系统设计40-43
• 4.3 太阳能电池板的扰动抑制研究43-47
• 4.4 扰动抑制的PSIM仿真47-50
• 4.5 MIC串并联运行50-55
• 4.5.1 MIC串联运行50-53
• 4.5.2 MIC并联运行53-55
• 第五章 负载适应型MIC设计与实现55-66
• 5.1 系统的硬件设计55-62
• 5.1.1 主电路参数设计55-57
• 5.1.2 采样电路设计57-59
• 5.1.3 驱动电路设计59-60
• 5.1.4 辅助电源设计60-62
• 5.2 系统软件设计62-66
• 5.2.1 主程序63-64
• 5.2.2 AD中断服务程序64
• 5.2.3 MPPT程序64-65
• 5.2.4 数字控制算法的实现65-66
• 第六章 实验结果与分析66-75
• 6.1 MPPT实验结果66-68
• 6.2 负载适应实验结果68-72
• 6.3 MIC并联运行实验结果72-73
• 6.4 MIC串联运行实验结果73-75
• 第七章 总结与展望75-76
• 7.1 全文工作总结75
• 7.2 未来工作的展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 作者攻读硕士期间发表的文章80-81

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