单级式光伏并网逆变系统最大功率点的研究与分析

【摘要】：随着全球能源资源的减少,新能源的开发成为全球共同的焦点。近几年,光伏发电的兴起给日益紧缺的能源带来了新的希望。光伏发电以其巨大的储存能量,适用范围广、绿色环保在所有新能源中占有重要的地位。因此,对光伏系统的研究,对未来能源问题的解决具有重要的意义和研究价值。 本文主要研究光伏发电系统的可调度系统的蓄电池充电系统和不可调度式3KW单级式光伏并网逆变系统。主要研究两个系统MPPT算法的MATLAB仿真和实验实现及整个系统的软硬件实现,系统的开发平台分别为PIC18F23K20和TMS320F2812,软件环境为分别为MPLAB和CCStduio 3.3。 首先,论文阐述了蓄电池充电系统的主电路DC/DC拓扑结构,分析基于Buck电路和Sepic电路的工作原理和基于半桥PWM的控制模式。设计主电路电感、储能电容参数,选择合理的功率开关管,通过实验对设计结果进行验证,在一定输入光伏电源下能完成对蓄电池的稳定充电。针对3KW单级式光伏并网逆变系统,分析主电路在双极性PWM控制下工作模式,设计输入平波电容参数,输出滤波电感参数,通过MATLAB仿真及实验验证,3KW逆变系统能在固定负载给定下稳定工作,且THD5%。 其次,本文主要完成光伏系统MPPT算法的研究。针对光伏蓄电池充电系统,根据对蓄电池充电特性的研究结合主电路工作特性,研究调节变器占空比的MPPT算法,在实现系统中得到验证其能源利用率可达90%以上。针对3KW单级式光伏并网逆变系统,研究光伏电池数学模型和工作暂态特性的基础上,研究分析传统MPPT算法的功率电压法和改进型功率电压法以。通过对MPPT算法前级电路的暂态分析及电荷流积平衡原理的介绍,提出了流积补偿的变步长扰动算法,经PI调节逆变器负载给定。通过MATLAB仿真和实验表明,该算法具有较好的动态特性和在最大功率点的稳定性,且逆变器输出的交流电流波形质量较高。 对光伏并网逆变系统进行孤岛效应研究。研究分析主动检测法和被动检测法,把输出电压过压、欠压被动检测法应用的实验系统中,系统能及时检测孤岛效应的产生,作出保护。 最后,完成实验系统软硬件设计。本实验系统设计合理可靠,实验数据较为科学。光伏蓄电池充电系统能完成MPPT状态下稳定给蓄电池充电,充电效率达85%。单相3KW单级式光伏并网逆变系统成功并网,且并网电流THD5%。 【关键词】：光伏蓄电池充电系统 单级式光伏并网逆变系统 MPPT 电荷流积差 孤岛检测 PIC18F23K20 DSP2812
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 太阳能电池和太阳能发电11-12
• 1.2 太阳能发电的过去、现在和未来12-14
• 1.3 研究的历史14
• 1.4 研究的现状14-19
• 1.5 本文所做工作和创新之处19-21
• 参考文献21-22
• 第二章 光伏发电系统变换器的研究与分析22-46
• 2.1 引言22-23
• 2.2 离网蓄电池充电系统控制器主电路的设计及工作原理23-33
• 2.2.1 光伏发电系统DC/DC变换器23-24
• 2.2.2 降压式(Buck)变换器主电路的设计和工作原理24-28
• 2.2.3 Sepic变换器主电路的设计和工作原理28-30
• 2.2.4 光伏蓄电池充电系统参数设计30-32
• 2.2.5 实验结果32-33
• 2.3 单级式光伏并网发电系统主电路的设计及工作原理33-41
• 2.3.1 并网逆变器的电路拓扑33-35
• 2.3.2 并网逆变器的控制策略35
• 2.3.3 并网逆变器的控制方法35-36
• 2.3.4 光伏系统工作状态分析36-38
• 2.3.5 光伏系统主电路参数设计38-41
• 2.4 系统仿真及实验41-44
• 2.5 本章小结44-45
• 参考文献45-46
• 第三章 光伏发电系统最大功率点的研究与分析46-80
• 3.1 引言46
• 3.2 光伏电池输出特性46-51
• 3.2.1 太阳能光伏电池数学模型建立及分析计算46-49
• 3.2.2 太阳能光伏电池输出功率49-50
• 3.2.3 太阳能光伏电池I-V特性曲线50-51
• 3.3 可调度系统MPPT方法研究51-56
• 3.3.1 蓄电池分段式充电方式51-52
• 3.3.2 蓄电池浮充电压温度补偿52
• 3.3.3 基于BUCK变换的控制器MPPT跟踪原理52-53
• 3.3.4 光伏蓄电池充电控制系统MPPT算法的实现53-55
• 3.3.5 实验结果55-56
• 3.4 单级式光伏并网逆变系统MPPT算法研究56-76
• 3.4.1 单级式逆变器MPPT算法前级电路暂态分析56-58
• 3.4.2 MPPT参量跟踪调功规则58-60
• 3.4.3 基于功率电压法的MPPT算法实现60-63
• 3.4.4 基于改进型的功率电压法的MPPT算法实现63-66
• 3.4.5 基于电荷流积的MPPT算法研究66-72
• 3.4.6 系统仿真72-76
• 3.4.7 实验结果及分析76
• 3.5 本章小结76-78
• 参考文献78-80
• 第四章 光伏系统的实现80-97
• 4.1 引言80
• 4.2 蓄电池充电系统硬件电路实现80-86
• 4.3 蓄电池充电系统软件实现86-88
• 4.4 单级式光伏并网逆变系统硬件实现88-93
• 4.5 单级式光伏并网逆变系统软件实现93-95
• 4.6 实验系统95-96
• 4.7 本章小结96-97
• 第五章 孤岛检测97-105
• 5.1 引言97
• 5.2 孤岛效应的概念及危害97-98
• 5.3 孤岛效应检测的基本原理98-99
• 5.4 孤岛效应国际通行标准99-100
• 5.5 孤岛检测方法100-102
• 5.5.1 被动移频法100
• 5.5.2 主动移频法100-102
• 5.6 单级式光伏并网逆变系统孤岛检测的实验102-103
• 5.7 本章小结103-104
• 参考文献104-105
• 总结与展望105-107
• 攻读硕士期间发表的论文107-109
• 致谢109

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