基于等效阻抗匹配法的数字控制光伏发电系统

【摘要】：随着经济的发展和社会的进步，能源问题和环境污染问题受到人们越来越多的关注。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源而受到重视。光伏发电产业发展空间广阔，前景光明。但光伏发电产业也面临一些问题，如效率低、成本高等，制约了光伏发电产业的快速发展。因此，深入研究光伏发电系统，提高发电效率，对缓解能源危机和保护环境有重要意义。 本文设计了基于等效阻抗匹配法的数字控制光伏发电系统。首先概述了光伏发电系统的应用与发展，并对光伏发电系统的结构进行总结，介绍了光伏发电系统存在的问题，指出了课题研究的意义和主要内容。对光伏发电系统中的光伏电池和蓄电池的工作特性进行了分析，确定了光伏发电系统的电路结构。 其次，本系统研究的重点是能量管理的控制策略，提出了针对能量流动的协调管理控制策略。针对不同的环境，光伏电池可以选择工作在最大功率跟踪模式或者恒压控制模式，蓄电池可以选择工作在最大功率充电模式、恒压限流充电模式或放电模式，光伏电池的功率跟踪控制与蓄电池的充放电控制相互协调，维持母线电压的恒定，保证逆变的稳定运行，从而使整个系统能够高效稳定运行。光伏电池的最大功率跟踪采用等效阻抗匹配法实现，并将等效阻抗法与其他方法进行比较，突出等效阻抗匹配法的优势。 最后，本文详细介绍了光伏发电系统硬件电路的设计，包括主电路关键参数的计算、主要器件的选型、电感的绕制以及系统的驱动电路和信号处理电路的设计等，并为系统设计了简单实用的辅助电源。搭建了基于DSP数字控制的实验平台。对整个系统进行仿真和实验研究，验证了等效阻抗匹配最大功率跟踪方法和协调控制方案的有效性和可行性。 【关键词】：光伏发电系统 等效阻抗匹配 数字控制 协调控制 能量管理 蓄电池充放电
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 国内外光伏发电系统的现状及发展10-12
• 1.2.1 光伏发电的特点10
• 1.2.2 国内外光伏发电的应用与发展10-12
• 1.3 太阳能光伏发电的系统结构12-13
• 1.3.1 离网光伏发电系统12
• 1.3.2 并网光伏发电系统12-13
• 1.4 光伏发电系统控制技术的研究与发展13-15
• 1.5 课题的研究意义及研究内容15-18
• 1.5.1 课题研究的意义15-16
• 1.5.2 课题研究的内容16-18
• 第2章 光伏电池和蓄电池18-23
• 2.1 光伏电池的工作原理和输出特性18-21
• 2.1.1 光伏电池的工作原理18
• 2.1.2 光伏电池的数学模型18-20
• 2.1.3 光伏电池的仿真和输出特性分析20-21
• 2.2 蓄电池的充放电特性21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 光伏发电系统的控制策略23-35
• 3.1 引言23
• 3.2 光伏电池与蓄电池的协调控制策略23-25
• 3.3 光伏发电系统的能量管理控制策略25-26
• 3.4 光伏电池的功率跟踪控制26-32
• 3.4.1 最大功率点跟踪的常规实现方法26-29
• 3.4.2 基于等效阻抗匹配法的最大功率跟踪29-30
• 3.4.3 等效阻抗匹配法的闭环系统分析30-31
• 3.4.4 光伏电池的恒压控制策略31-32
• 3.5 蓄电池的充放电控制策略32-33
• 3.6 全桥逆变器的控制策略33-34
• 3.7 本章小结34-35
• 第4章 光伏发电系统的软硬件设计35-54
• 4.1 引言35
• 4.2 系统的硬件电路设计35-51
• 4.2.1 单向 Boost 变换器的硬件电路设计35-40
• 4.2.2 双向 Buck-Boost 变换器的硬件电路设计40-45
• 4.2.3 全桥逆变器的硬件电路设计45-48
• 4.2.4 辅助电源的硬件电路设计48-51
• 4.3 系统的软件设计与实现51-53
• 4.3.1 系统软件主程序设计51-52
• 4.3.2 子程序设计52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 系统仿真和实验研究54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 系统仿真54-58
• 5.2.1 等效阻抗匹配法与其他方法的比较54-56
• 5.2.2 系统协调控制的仿真56-58
• 5.3 系统的实验验证和分析58-63
• 5.3.1 单向 Boost 变换器实现最大功率跟踪59-61
• 5.3.2 全桥逆变电路的实验61-62
• 5.3.3 光伏发电系统协调控制的实验62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果70-71
• 致谢71-72
• 作者简介72

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