小型戶用儲(chǔ)能式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的研究

【摘要】：隨著世界工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展,能源緊缺與環(huán)境污染問(wèn)題日益突顯。作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家,中國(guó)的能源和環(huán)境問(wèn)題更為嚴(yán)峻,以光伏發(fā)電為代表的清潔能源體系代替以化石燃料為主的能源體系勢(shì)在必行。本文在分析了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)及相關(guān)控制技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,綜合對(duì)比傳統(tǒng)的并網(wǎng)系統(tǒng)和離網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了既可以離網(wǎng)獨(dú)立工作,又能并網(wǎng)運(yùn)行將富余電能輸入電網(wǎng)的小型戶用儲(chǔ)能式光伏發(fā)電系統(tǒng)。本文詳細(xì)研究了光伏電池、Boost電路、Buck-Boost電路、逆變電路以及儲(chǔ)能電池等。首先是對(duì)光伏電池的工作原理及模型做了分析和仿真,并根據(jù)其輸出特性進(jìn)行了最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的研究,通過(guò)分析一些傳統(tǒng)的MPPT算法跟蹤速度慢、效率低的缺點(diǎn),提出了改進(jìn)算法,并對(duì)其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。然后分析了Boost升壓電路和雙向Buck-Boost電路拓?fù)浼肮ぷ髟?并對(duì)系統(tǒng)儲(chǔ)能電池環(huán)節(jié)做了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文選擇單相全橋電路作為逆變主電路,確定了逆變電路采用SPWM調(diào)制方式,根據(jù)逆變器在離網(wǎng)和并網(wǎng)工作狀態(tài)下控制策略的不同,分別進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),并對(duì)并網(wǎng)工作時(shí)的孤島保護(hù)進(jìn)行了研究,比較被動(dòng)保護(hù)和主動(dòng)保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn),采用AFD算法作為防孤島效應(yīng)算法。根據(jù)本文的理論研究,設(shè)計(jì)了5kW小型戶用儲(chǔ)能式光伏發(fā)電系統(tǒng)的硬件電路,包含器件參數(shù)的計(jì)算和選型,同時(shí)對(duì)輔助電路部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),包括信號(hào)采樣、功率管的驅(qū)動(dòng)等?？刂菩酒x擇TMS320F28335,并對(duì)其端口進(jìn)行了分配。最后對(duì)本文研究的小型戶用儲(chǔ)能式光伏系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn),通過(guò)使用MATLAB進(jìn)行仿真并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,并應(yīng)用PVsyst對(duì)整個(gè)光伏系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行模擬,結(jié)果表明小型戶用儲(chǔ)能式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,并有一定實(shí)際意義。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 最大功率點(diǎn)跟蹤 儲(chǔ)能 逆變器 孤島檢測(cè)
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 本課題研究背景與意義12-13
• 1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和研究13-18
• 1.2.1 離網(wǎng)系統(tǒng)13-14
• 1.2.2 并網(wǎng)系統(tǒng)14-17
• 1.2.3 儲(chǔ)能式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)17-18
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 2 小型戶用儲(chǔ)能式光伏系統(tǒng)原理20-32
• 2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)20-21
• 2.1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)電路20-21
• 2.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)21
• 2.2 光伏電池的工作原理及仿真21-24
• 2.2.1 光伏電池的工作原理21-22
• 2.2.2 光伏電池輸出特性仿真22-24
• 2.3 Boost升壓電路工作原理24-25
• 2.4 雙向DC-DC電路工作原理25-27
• 2.5 單相逆變電路27-30
• 2.5.1 工作原理27-28
• 2.5.2 SPWM調(diào)制技術(shù)28-30
• 2.6 本章小結(jié)30-32
• 3 光伏系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)32-50
• 3.1 光伏系統(tǒng)MPPT算法32-37
• 3.1.1 MPPT控制原理32-33
• 3.1.2 常用的MPPT算法33-37
• 3.2 逆變器控制設(shè)計(jì)37-45
• 3.2.1 離網(wǎng)控制設(shè)計(jì)37-40
• 3.2.2 并網(wǎng)控制設(shè)計(jì)40-44
• 3.2.3 雙模式切換控制策略44-45
• 3.3 孤島效應(yīng)研究45-47
• 3.3.1 孤島效應(yīng)的介紹45-46
• 3.3.2 孤島效應(yīng)檢測(cè)46-47
• 3.4 雙向Buck-Boost變換器控制策略設(shè)計(jì)47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)50-60
• 4.1 Boost電路設(shè)計(jì)50-52
• 4.1.1 儲(chǔ)能器件設(shè)計(jì)50-52
• 4.1.2 開(kāi)關(guān)器件選擇52
• 4.2 逆變電路設(shè)計(jì)52-54
• 4.2.1 功率器件選擇52-53
• 4.2.2 輸出濾波器件設(shè)計(jì)53-54
• 4.3 雙向DC-DC電路設(shè)計(jì)54-55
• 4.3.1 電池側(cè)電感設(shè)計(jì)54
• 4.3.2 開(kāi)關(guān)器件選擇54-55
• 4.4 輔助硬件電路設(shè)計(jì)55-58
• 4.4.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)55-57
• 4.4.2 采樣調(diào)理電路設(shè)計(jì)57-58
• 4.5 TMS320F28335端口分配58-59
• 4.6 本章小結(jié)59-60
• 5 實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證60-74
• 5.1 MPPT的仿真60-63
• 5.2 逆變系統(tǒng)的仿真分析63-66
• 5.3 孤島檢測(cè)的仿真分析66-68
• 5.4 基于PVsyst的光伏系統(tǒng)仿真68-72
• 5.5 本章小結(jié)72-74
• 6 總結(jié)和展望74-76
• 6.1 總結(jié)74
• 6.2 展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-82
• 作者簡(jiǎn)介及讀研期間主要科研成果82

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