新型光伏发电系统的研究

【摘要】：众所周知,太阳能是当前世界上最丰富、最清洁和最具有大规模开发利用前景的可再生能源之一,利用太阳能发电的方式广受世界各国重视。其中,光伏发电越来越受到人们的认可和关注,随着技术的进步,其成本不断降低,已经具备了大规模推广应用的商业价值。为了进一步降低光伏发电系统的成本和提高系统的效率,光伏发电系统的优化利用和控制算法的研究成为了应用领域的热点课题。本论文在此背景下,对光伏发电系统进行深入研究,在不调节光伏板对光角度的前提下,以最大限度利用太阳能、提高并网系统效率为目标,采用Microship公司的PIC16F873A芯片和TI公司的TMS320LF2407A进行控制电路的设计,开展了一种新型光伏发电系统的理论和实验研究。 本文总体分为两大部分,前级为DC/DC蓄电池充电控制系统的研究,后级为DC/AC并网逆变系统的研究。 在分析传统蓄电池充电控制方式的基础上,本文提出了一种新型的充电控制算法。详细分析了该算法的原理,介绍了系统主电路各部分的设计思路,叙述了系统的工作过程,并对主电路的各电路参数进行了设计。最后在上述分析和研究的基础上制作出了150W实验样机,并进行了实验研究,结果表明该可以达到充分利用太阳能的目标。 并网逆变系统分为两个子系统,Boost升压电路和H6桥逆变电路,前者实现最大功率点跟踪和稳定母线电压,后者实现并网逆变功能。本文详细分析了Boost电路和H6桥工作原理,同时对H6桥进行了仿真研究,结果表明,该逆变电路拓扑可以高效地实现并网逆变。 在上述分析与研究的基础上,根据系统的整体控制方案,给出了系统主电路的关键器件的选择、辅助电路的设计及控制系统软件的设计,研制了一套3KW的带有MPPT功能的并网型光伏发电系统,并进行了实验研究。 【关键词】：光伏发电系统 蓄电池充电 并网逆变 H6桥 最大功率点跟踪(MPPT)
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景及意义11-14
• 1.1.1 太阳能将成为人类能源利用的必然选择11-12
• 1.1.2 太阳能的利用形式和光伏发电的优点12-14
• 1.2 光伏发电的发展状况14-15
• 1.3 本课题的主要研究内容15-16
• 第二章 光伏发电系统16-21
• 2.1 独立光伏发电系统16-17
• 2.2 并网光伏发电系统17-18
• 2.3 混合光伏发电系统18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 太阳能电池及最大功率点跟踪21-36
• 3.1 太阳能电池的原理与特性21-27
• 3.1.1 太阳能电池的分类21-22
• 3.1.1.1 单晶硅太阳能电池21
• 3.1.1.2 多晶硅太阳能电池21-22
• 3.1.1.3 双面太阳能电池22
• 3.1.1.4 非晶硅太阳能电池22
• 3.1.2 太阳能电池的基本原理22-24
• 3.1.3 太阳能光伏电池的工作特性24-27
• 3.2 太阳能电池最大功率点跟踪算法研究27-34
• 3.2.1 最大功率点跟踪的原理27-28
• 3.2.2 恒压法28-30
• 3.2.3 爬山法30-32
• 3.2.4 导纳增量法32-34
• 3.3 本章小结34-36
• 第四章 蓄电池充电控制系统的设计36-45
• 4.1 蓄电池在光伏系统中的应用36
• 4.2 光伏充电控制方法36-38
• 4.3 充电控制器原理图的设计38-42
• 4.3.1 主电路设计38-39
• 4.3.2 采样电路39-40
• 4.3.3 MOS管驱动电路40-41
• 4.3.4 供电电源41-42
• 4.4 软件设计42-43
• 4.5 实验结果与数据分析43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 并网逆变器的设计45-73
• 5.1 并网逆变器主电路拓扑45-47
• 5.2 前级Boost电路设计47-53
• 5.2.1 Boost电路临界电感值计算47-48
• 5.2.2 Boost电路储能电容的计算48-49
• 5.2.3 Boost开关管和续流二极管的选取49-50
• 5.2.4 采样电路设计50-51
• 5.2.5 驱动电路设计51-52
• 5.2.6 软件设计与实验结果和分析52-53
• 5.3 逆变电路的设计53-71
• 5.3.1 逆变电路拓扑的仿真53-55
• 5.3.2 关键元器件选型55-57
• 5.3.2.1 高频功率管的选型55-56
• 5.3.2.2 全桥功率管的选型56-57
• 5.3.2.3 功率二极管的选型57
• 5.3.3 输出滤波器的设计57-58
• 5.3.4 采样电路设计58-60
• 5.3.4.1 交流输出电压采样59-60
• 5.3.4.2 交流输出电流采样60
• 5.3.5 双闭环控制原理60-61
• 5.3.6 软件设计61-68
• 5.3.6.1 TMS320LF2407 简述61-62
• 5.3.6.2 系统主程序62-64
• 5.3.6.3 中断服务子程序64-66
• 5.3.6.4 PWM信号生成66-68
• 5.3.7 实验结果与数据分析68-71
• 5.4 本章小结71-73
• 结论73-75
• 1 总结73
• 2 展望73-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果78-79
• 致谢79-80

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