雙向逆變太陽能供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計

【摘要】：就目前人們對新能源的研究與開發(fā)而言,風(fēng)能和太陽能是最具潛力的,也是使用最多的。但是風(fēng)能因為其存在噪音問題,所以只適合設(shè)置在偏遠的人口較少的地區(qū),并且考慮到經(jīng)濟效益,必須要大規(guī)模地設(shè)立才會達到預(yù)期效果。而太陽能具有其獨特的優(yōu)勢,例如：存在的廣泛性、儲能的無限性、利用的清潔性,并且用于生產(chǎn)太陽能電池的主要材料硅元素是地球上儲存量第二大的元素。所以,針對太陽能的開發(fā)和利用必然會對未來世界能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型起到其它清潔能源無法比擬的重要作用。 現(xiàn)今,市場上利用太陽能的產(chǎn)品大多數(shù)只是基于太陽能充足的時候?qū)δ芰窟M行儲存和利用。例如：離網(wǎng)的太陽能逆變器等。但是,考慮到太陽能存在一個天然的缺點,就是它不可能一年中每一天都會很充足,所以人們就想著利用蓄電池等儲能設(shè)備在太陽能充足的時候先將它儲存起來,然后可以在太陽能不充足的時候利用。然而,其一,不管什么儲能設(shè)備它的儲存能量都是有限的；其二,像蓄電池這種儲能設(shè)備又會對環(huán)境帶來二次污染。 本課題的研究目標(biāo)就是建立一個基于雙向逆變器的光伏太陽能供電系統(tǒng)。被稱作雙向逆變器是因為它可以讓太陽能電池組件產(chǎn)生的能量與市電電網(wǎng)能量之前互補地流動。當(dāng)太陽能充足的時候把供給直流負載以外的能量轉(zhuǎn)化為同我們市電相同振幅、頻率和相位的正弦波并到市電中；當(dāng)太陽能不夠充足的時候我們就把市電的能量通過雙向逆變器轉(zhuǎn)化為負載所需能量,直到太陽能電池組件能夠產(chǎn)生足夠的能量為止。由此可見,本系統(tǒng)可以充分利用太陽能電池輸出能量,并且不需要利用蓄電池等儲能設(shè)備。 本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計主要分為以下三個部分：前端帶最大功率追蹤的升壓電路、后端全橋雙向的逆變器主電路和微控制器主電路。升壓電路采用一般Boost升壓電路,微控制器板核心是單一顆PIC單片機。 本系統(tǒng)的軟件部分利用PIC單片機及其固有函數(shù)庫,運用C語言編寫。最大功率追蹤的實現(xiàn)采用的是最普遍的擾動觀察法。全橋雙向逆變器的功率晶體開關(guān)采用單極性高頻的開關(guān)切換方式,并且運用預(yù)測電流的控制法,以達到減小輸出端濾波電路的體積和降低電流諧波干擾的目的。 最后,本文將運用電路仿真軟件PSIM和進行電路實作來對系統(tǒng)的可行性進行驗證,并測試系統(tǒng)的功效。 【關(guān)鍵詞】：太陽能供電系統(tǒng) 雙向逆變器 Boost升壓電路 并網(wǎng) 預(yù)測電流控制法
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• Contents11-14
• 第一章 緒論14-19
• 1.1 課題背景與研究意義14-15
• 1.2 光伏太陽能供電系統(tǒng)的簡介15-17
• 1.2.1 太陽能電池板組件15-16
• 1.2.2 逆變器16
• 1.2.3 控制系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)16-17
• 1.3 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢17-18
• 1.4 論文內(nèi)容和章節(jié)安排18-19
• 第二章 太陽能電池板及其特性19-26
• 2.1 太陽能電池板特性19-24
• 2.2 最大功率追蹤方法24-26
• 第三章 系統(tǒng)硬件電路及其控制原理26-51
• 3.1 系統(tǒng)主電路架構(gòu)和工作模式26-28
• 3.1.1 系統(tǒng)主電路架構(gòu)26
• 3.1.2 系統(tǒng)工作模式26-28
• 3.2 最大功率追蹤器28-33
• 3.2.1 主電路架構(gòu)28-31
• 3.2.2 功率晶體開關(guān)驅(qū)動電路31
• 3.2.3 太陽能電池板輸出電壓和電流的采樣電路31-32
• 3.2.4 最大功率追蹤控制原理32-33
• 3.3 全橋雙向逆變器33-47
• 3.3.1 主電路架構(gòu)34
• 3.3.2 全橋功率晶體開關(guān)驅(qū)動電路34-35
• 3.3.3 全橋功率晶體開關(guān)切換方式35-37
• 3.3.4 雙向逆變器電路工作原理37-44
• 3.3.5 全橋雙向逆變器控制原理44-47
• 3.4 其他周邊輔助電路47-51
• 3.4.1 繼電器驅(qū)動電路47
• 3.4.2 反饋端電壓保護電路47-48
• 3.4.3 直流側(cè)電壓反饋電路48
• 3.4.4 市電端電流反饋電路48-49
• 3.4.5 市電端電壓反饋電路49-50
• 3.4.6 市電電壓零交越檢測電路50-51
• 第四章 微控制芯片及系統(tǒng)軟件規(guī)劃51-59
• 4.1 微控制芯片簡介51-52
• 4.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計52-54
• 4.3 最大功率追蹤子程序設(shè)計54-55
• 4.4 直流鏈穩(wěn)壓子程序設(shè)計55
• 4.5 PWM特殊事件中斷子程序設(shè)計55-58
• 4.6 A/D轉(zhuǎn)換中斷子程序58-59
• 第五章 系統(tǒng)電路仿真及實作驗證59-73
• 5.1 系統(tǒng)電路規(guī)格59-60
• 5.2 系統(tǒng)電路仿真軟件驗證60-65
• 5.2.1 市電并聯(lián)模式仿真驗證61
• 5.2.2 功率因數(shù)修正模式仿真驗證61-62
• 5.2.3 工作模式間轉(zhuǎn)換仿真驗證62-64
• 5.2.4 負載變換仿真驗證64-65
• 5.3 系統(tǒng)電路實作驗證65-71
• 5.3.1 最大功率追蹤功能驗證65-66
• 5.3.2 市電并聯(lián)模式實測驗證66-67
• 5.3.3 功率因數(shù)修正模式實測驗證67-69
• 5.3.4 工作模式間轉(zhuǎn)換實測驗證69-71
• 5.4 系統(tǒng)總體效能測量71-73
• 結(jié)論與展望73-75
• 參考文獻75-78
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文與成果78-80
• 致謝80

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