分布式直流供电系统的光伏接口单元研究

【摘要】：太阳能作为资源丰富、分布广泛的一种清洁能源,是目前新能源发展的主要方向之一。而光伏发电又是人类目前开发和利用太阳能的最热门的一类方式。作为光伏发电系统的核心部分,光伏逆变器如果以单机电源方式接入电网,会存在着成本高、控制困难等问题,所以有学者提出了分布式供电系统(微电网)的概念,即将单机电源以组网的方式接入电网。 近年来,随着人们对分布式供电系统研究的不断深入,分布式直流供电系统——即直流微网,得到了国际上众多研究机构的重视。作为微电网的一种组网方式,分布式直流供电系统具有能量变换环节少、系统效率高和控制方便等诸多优点,同时也使包括光伏发电在内的很多分布式电源有了新的减小成本、提高能源利用率的发展空间。 本文针对分布式直流供电系统,以光伏接口单元为目标展开研究。在选择光伏直直变换器拓扑时,考虑简单、高效以及宽的电压输入范围的要求,选择了双管Buck-boost拓扑。该拓扑具有升/降压、输入输出同极性和非隔离等特点,然而在电感电流连续模式下,其自身二极管的反向恢复问题成了效率进一步提高的瓶颈。本文采用了一种利用耦合电感将电路中电感电流转移的方法来解决该变换器的反向恢复问题,进行了相关理论公式的推导,给出了参数设计方法和损耗分析。 为了比较好的使变换器和直流微网协调工作,架起光伏电池板和直流微网之间可靠的桥梁,变换器需要一个特定的输出特性。该特性要求变换器能够根据直流母线电压的不同,分别工作在线性稳压区和光伏最大功率跟踪区二种状态。本文根据该要求提出了光伏接口变换器的一种控制策略,并基于对变换器的小信号建模,给出了控制环路的设计过程。 根据所提出的研究目标,结合拓扑本身以及对其控制技术的研究,设计了一个采用数字控制的3kW光伏接口,本文给出了功率电路和控制电路的设计过程。最后通过对光伏接口进行的仿真和实验,证明了关于所用拓扑和其控制技术理论研究的正确性。 【关键词】：光伏发电 双管Buck-Boost 直流微网 直直变换器 数字控制 双环控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景11
• 1.2 微网简介11-13
• 1.3 光伏接口单元变换器拓扑选择13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第二章 采用耦合电感的双管Buck-Boost 变换器16-38
• 2.1 同步控制方式下工作原理介绍16-18
• 2.2 电路参数计算18-22
• 2.2.1 耦合电感参数计算18-20
• 2.2.2 器件应力计算20-22
• 2.3 损耗分析22-24
• 2.4 电路开环仿真24-27
• 2.4.1 理想器件仿真24-25
• 2.4.2 实际器件仿真25-27
• 2.5 非同步控制方式工作原理介绍27-38
• 2.5.1 传统双管Buck-Boost 变换器非同步控制方式28-30
• 2.5.2 采用耦合电感的双管Buck-Boost 变换器非同步控制方式30-34
• 2.5.3 采用耦合电感的双管Buck-Boost 变换器仿真分析34-38
• 第三章 采用耦合电感的双管Buck-Boost 变换器控制方案研究38-51
• 3.1 控制要求与控制框图38-40
• 3.2 调节器设计40-45
• 3.2.1 双管Buck-Boost 变换器小信号建模40-41
• 3.2.2 电流内环41-42
• 3.2.3 输出电压外环42-43
• 3.2.4 光伏输入电压外环43-45
• 3.3 电导增量法实现MPPT 简介45-46
• 3.4 太阳能电池的模型简介46-47
• 3.5 基于saber 软件的控制仿真47-51
• 3.5.1 输出稳压仿真48-49
• 3.5.2 光伏输入仿真49-51
• 第四章 3kW 双管Buck-Boost 光伏接口设计51-68
• 4.1 功率电路设计51-58
• 4.1.1 开关管与二极管选取51-54
• 4.1.2 耦合电感设计54-57
• 4.1.3 其它参数设计57-58
• 4.2 控制电路设计58-61
• 4.2.1 调理电路设计58-59
• 4.2.2 驱动电路设计59-60
• 4.2.3 辅助电源设计60-61
• 4.2.4 硬件系统框图61
• 4.3 基于 TMS320 LF2407 的数字控制程序设计61-62
• 4.4 实验与数据分析62-68
• 4.4.1 变换器工作波形62-66
• 4.4.2 变换器效率分析66-68
• 第五章 总结与展望68-69
• 5.1 全文工作总结68
• 5.2 进一步工作展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 在学期间发表的学术论文73

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于DSP的单相光伏并网控制系统的设计    田绍据;谢华;

阳光电源逆变器被国际光伏权威杂志测评为A级    

高补贴 无上限——世界光伏市场大门从意大利打开    

采用碳化硅器件的高效率光伏逆变器研究    潘三博;郝夏斐;

认证助艾默生网络能源进军光伏市场    顾华;韩新权;

太阳能与建筑一体化结合技术进展    敖三妹;

太阳能路灯“妙”想成真    周民康;

新型光伏智能快速充电系统设计    乔攀科;毕淑娥;

光伏并网逆变器控制算法的研究    张扬;杨浩然;

中电光伏和Opsun Technologies签订太阳能产品框架协议    

含蓄电池储能的光伏并网发电系统的建模与仿真    董旭柱;雷金勇;饶宏;黄晓东;刘怡;李鹏;

太阳能光伏电冰箱技术    王子龙;张华;赵巍;

太阳能光伏热电联合利用    刘立平;包建强;

兆瓦级并网光伏示范电站的优化匹配设计    明杰;刘志璋;张庆祝;

光伏并网给定电流幅值偏移的孤岛检测方法    郑世松;孙冰;王玉斌;

可用于电动汽车的一种双向DC/DC变换器研究    邓湘鄂;王明渝;安树怀;王磊;

谐振软开关同步Buck变换器的数字控制系统研究    袁有臣;吕永东;童刚;

积极稳步推进太阳能光伏LED照明事业——对发展太阳能光伏LED照明的几点看法与建议    卢景霄;

单相双极式光伏并网系统及IsSpice仿真    孙国凯;商娜;

嵌入式节能利用型太阳能光伏供电系统在通信局(站)的应用    刘宝贵;侯福平;

服务硅产业 我市高校首开光伏专业    张舸

国内光伏行业四季度形势乐观    证券时报记者 尹振茂

照耀我 点亮你    本报记者 何晓亮

今年将是我国光伏市场的起飞元年    凯基证券台湾研究部研究员 梁姿娴

江苏光伏业面临新挑战    本报记者 王峻峰

英利:打造国际化一流光伏企业 十二五末产值突破三千亿    

汉龙“光伏帝国”梦    本报记者 彭戈

厂家嫌价低不愿卖电池板 部分光伏电场“晒太阳”    记者 李毅　见习记者 黄盛剑

友达推全球转换效率最高光伏组件    记者 王奇

成本下降需求恢复高增长 光伏产业发展空间巨大    渤海证券 崔健　江艳

现代集成DC-DC变换器的高效率控制技术研究    陈海

开关电源DC/DC变换器电路参数及新拓扑研究    袁臣虎

单片大功率DC-DC变换器高性能控制方法研究    周泽坤

高效率高功率密度通信模块电源技术的研究    任小永

基于全桥结构的三相单级有源功率因数校正技术研究    孟涛

基于全桥结构的三相单级有源功率因数校正技术研究    孟涛

输出宽范围连续可调的变结构恒功率电源的研究    孙鹏菊

高功率因数DCM Boost PFC变换器的研究    姚凯

小型混合动力车中电力驱动装置的若干关键技术研究    张晓峰

现代便携式电子设备中低压高能效关键电路的设计与研究    孙越明

分布式直流供电系统的光伏接口单元研究    杨晨

基于ARM的光伏汇流监测系统的研究    刘建峰

光伏并网对配电网电压分布的影响分析    陈成

光伏并网发电系统模块化网侧接口变换器研究    吴田进

升压型变换器中的阻感负载特性研究    朱自强

太阳能光伏组件风载负荷计算及支架结构的研究    张庆祝

基于实时仿真器的光伏并网功率调节系统研究    贾芳成

基于双频变换器的单相光伏发电系统研究    方堃

兆瓦级能量变换器电磁设计过程研究    董传友

光伏并网系统中的非线性现象分析    许方圆