光伏发电系统关键技术的研究

【摘要】： 近年来,世界各国竞相发展绿色可再生能源,太阳能因其洁净、储量巨大等优点倍受青睐。在太阳能的各种应用中,光伏发电倍受关注。随着光伏组件价格的不断降低和电力电子技术的发展,光伏发电的系统容量和变换设备的转换效率不断增加,体积逐渐减小,对光伏发电系统相关设备的设计和制造提出了新的要求。 本文从提高光伏发电系统整体效率的角度出发,以光伏发电系统中电能变换装置作为研究目标,研究光伏发电中的关键性技术之一——光伏阵列的最大功率点跟踪技术。主要研究适用于光伏发电系统的最大功率点跟踪变换器的拓扑;研究光伏发电系统的最大功率点跟踪变换器的控制方法。论文在分析研究光伏电池的工作原理及输出特性的基础上,分析研究了几种基于DC/DC变换器的最大功率跟踪算法及各自优缺点和适用场合。在拓扑研究方面,分析研究了Buck、Boost和全桥电路应用于光伏发电中的优缺点以及适用的最佳功率等级,并对这三种电路的功率损耗进行分析,通过仿真进行验证。探讨了把软开关技术、三电平技术应用于光伏发电系统的可行性,并详细分析了应用于光伏发电系统的移相全桥ZVS DC/DC变换器电路的换流过程。在理论分析的基础上,论文设计实现了应用移相全桥软开关DC/DC变换电路作为主电路的MPPT变换器,构建了1000W小型独立光伏发电系统,进行仿真和实验,对实验结果进行损耗分析。证实了移相全桥ZVS DC/DC变换电路作为中小型光伏发电系统的前级变换器,可以在实现太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪的同时,保证开关管实现软开关,从而提高了系统的转换效率和功率密度。 【关键词】：光伏发电系统DC/DC变换器 移相全桥ZVS软开关电路 最大功率点跟踪(MPPT) 损耗分析
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 太阳能光伏发电技术简介8-9
• 1.1.1 太阳能光伏发电的优点8
• 1.1.2 太阳能光伏发电国内外研究现状与发展趋势8-9
• 1.2 光伏发电系统简介9-15
• 1.2.1 独立太阳能光伏发电系统9-11
• 1.2.2 太阳能并网光伏发电系统11-15
• 1.3 本论文的目的和主要工作15-17
• 第2章 光伏阵列特性及其最大功率点跟踪控制的研究17-30
• 2.1 光伏电池的原理及其特性17-21
• 2.1.1 光伏电池的基本原理17-18
• 2.1.2 光伏电池的Ⅰ-Ⅴ方程等效模型及特性曲线18-20
• 2.1.3 光伏阵列的构成及其特性20-21
• 2.2 光伏阵列MPPT功能的研究和实现策略21-29
• 2.2.1 光伏阵列MPPT的原理21-22
• 2.2.2 恒定电压控制法(Constant Voltage Tracking-CVT)22-23
• 2.2.3 扰动观察法(Perturbation&Observation-P&Q)23-25
• 2.2.4 电导增量法25-27
• 2.2.5 变步长的电导增量法27-28
• 2.2.6 本系统采用的MPPT控制算法28-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 光伏发电系统中的DC/DC变换器30-50
• 3.1 光伏发电系统中的DC/DC变换器的特点30-31
• 3.2 降压型BUCK电路31-33
• 3.2.1 应用于光伏发电系统的BUCK电路的特点31
• 3.2.2 三种BUCK电路的比较31-32
• 3.2.3 应用于光伏发电系统的BUCK基本电路的损耗分析及仿真验证32-33
• 3.3 升压型BOOST33-36
• 3.3.1 应用于光伏发电系统的BOOST电路的特点33-34
• 3.3.2 三种BOOST电路的比较34
• 3.3.3 应用于光伏发电系统的BOOST基本电路的损耗分析及仿真验证34-36
• 3.4 全桥36-41
• 3.4.1 全桥DC/DC变换器基本工作原理36-37
• 3.4.2 全桥DC/DC变换器控制方式37-40
• 3.4.3 应用于光伏发电系统的全桥硬开关电路的损耗分析及仿真验证40-41
• 3.5 三种硬开关DC/DC电路主功率管损耗对比分析41-42
• 3.6 移相全桥ZVS DC/DC变换器拓扑分析42-49
• 3.6.1 带辅助网络的移相全桥ZVS DC/DC变换器的工作原理43-44
• 3.6.2 带辅助网络的移相全桥ZVS DC/DC变换器的换流过程44-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第4章 系统的软硬件设计与实现50-68
• 4.1 FB-ZVS-PWM DC/DC变换器的硬件设计50-57
• 4.1.1 主变压器设计50-52
• 4.1.2 输出滤波电感器设计52-53
• 4.1.3 滞后桥臂零电压开关辅助网络和谐振电感器设计53-54
• 4.1.4 输出滤波电容的设计54-55
• 4.1.5 钳位电路设计55-56
• 4.1.6 驱动电路设计和移相控制的实现56-57
• 4.1.7 采样、调理电路的设计与实现57
• 4.2 FB-ZVS-PWM DC/DC变换器的软件设计57-59
• 4.2.1 TI DSP TMS320F280X简介57-59
• 4.2.2 软件设计59
• 4.3 仿真结果分析59-63
• 4.4 实验结果分析63-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第5章 结论与展望68-69
• 5.1 总结68
• 5.2 未来工作展望68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士期间发表的论文72-73
• 致谢73

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