基于組合脈沖單元的光伏多端口DC/DC變換器設計

【摘要】：為了適應多種能源組合利用、各單元之間能量自由流動的需求,各種新型變換器應運而生。在此背景下,對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中各種類型的變換器進行了深入研究,在此基礎上提出一種多端口光伏發(fā)電DC/DC變換器,使用ARM芯片進行電路設計,并進行理論和實驗研究。首先,研究了光伏發(fā)電領域各種類型的 DC/DC變換器,針對光伏發(fā)電中對多端口變換及最大功率點跟蹤等要求,提出了一種基于組合脈沖單元的多端口變換器(Multiple ports Converter, MPC),該變換器改進優(yōu)化了直流單元,能更好的實現(xiàn)MPPT;給出了各工作狀態(tài)下MPC的理論分析,得到了關鍵器件的應力參數(shù)。其次,詳細分析了光伏電池的電氣特性,給出其工程用模型,建立基于Matlab/Simulink的光伏陣列仿真模型,對常用的最大功率點追蹤控制方法進行了理論研究與總結(jié)對比。再次,研究Buck變換器實現(xiàn)MPPT的工作原理,將MPPT應用在所提出的MPC中,針對改進型MPC驗證了擾動觀察法的有效性；確立了對變換器中光伏電池板采用MPPT控制,全橋變換器部分采用移相調(diào)壓控制,從而實現(xiàn)了太陽能光伏電池板和全橋變換器的獨立控制。搭建了基于Matlab/Simuli nk的仿真平臺,仿真結(jié)果驗證了所提出的MPC三個端口協(xié)調(diào)運行的有效性。最后,設計了主功率電路,進行了以LPC2131為核心的控制電路的軟硬件設計,完成了驅(qū)動電路、采樣電路、信號調(diào)理電路和移相信號發(fā)生電路的設計,制作了小功率原理樣機并對該系統(tǒng)進行了實驗驗證。 【關鍵詞】：光伏發(fā)電 多端口變換器 移相調(diào)壓 MPPT
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM615;TM46
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 課題的研究背景和意義10
• 1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介10-16
• 1.2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構簡介10-11
• 1.2.2 光伏發(fā)電前級變換器簡介11-12
• 1.2.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)多端口變換器拓撲研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 最大功率點跟蹤技術研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.1 傳統(tǒng)MPPT控制技術研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 多峰值MPPT控制技術研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容19-20
• 2 光伏發(fā)電系統(tǒng)前級多端口變換器結(jié)構研究20-36
• 2.1 單原邊繞組多輸入變換器20-23
• 2.1.1 組合脈沖單元20-21
• 2.1.2 母變換器21-22
• 2.1.3 Buck-全橋組合式單原邊繞組多輸入變換器22-23
• 2.2 MPC結(jié)構與工作狀態(tài)分析23-30
• 2.2.1 工作模式和工作模態(tài)23-27
• 2.2.2 光伏陣列電壓電流分析27-28
• 2.2.3 開關管應力分析28-29
• 2.2.4 變壓器磁通分析29-30
• 2.3 MPC控制方式與能量流動分析30-35
• 2.3.1 移相調(diào)壓控制方式分析30-34
• 2.3.2 能量流動分析34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 3 光伏發(fā)電最大功率點跟蹤技術研究36-48
• 3.1 光伏電池的運行原理36-42
• 3.1.1 光伏電池的工作原理36-38
• 3.1.2 光伏電池的工程實用模型38-39
• 3.1.3 光伏電池模型仿真39-42
• 3.2 MPPT基本原理42-44
• 3.3 幾種常用的MPPT算法44-47
• 3.3.1 恒電壓跟蹤法44-45
• 3.3.2 擾動觀察法45-46
• 3.3.3 電導增量法46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 4 MPC的MPPT實現(xiàn)48-68
• 4.1 Buck變換器電路的MPPT實現(xiàn)分析48-49
• 4.2 MPC的MPPT控制分析49-51
• 4.3 MPC仿真實驗51-67
• 4.3.1 系統(tǒng)模式仿真實驗52-60
• 4.3.2 MPPT控制仿真實驗60-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 5 系統(tǒng)的硬件電路設計68-81
• 5.1 MPC參數(shù)設計69-73
• 5.1.1 變壓器69-72
• 5.1.2 輸出電感和輸出電容72
• 5.1.3 Buck電路電感和電容72-73
• 5.1.4 開關管73
• 5.1.5 二極管73
• 5.2 MOSFET驅(qū)動電路設計73-77
• 5.2.1 全橋電路驅(qū)動73-76
• 5.2.2 Buck電路驅(qū)動76-77
• 5.3 采樣和信號調(diào)理電路設計77-78
• 5.5 移相信號產(chǎn)生電路78-80
• 5.6 本章小結(jié)80-81
• 6 系統(tǒng)的軟件設計81-87
• 6.1 控制芯片及開發(fā)環(huán)境81
• 6.2 主程序設計81-82
• 6.3 AD采樣子程序82-84
• 6.4 MPPT子程序84-86
• 6.5 本章小結(jié)86-87
• 7 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)實驗調(diào)試87-99
• 7.1 實驗環(huán)境構建87-90
• 7.2 系統(tǒng)測試結(jié)果和分析90-98
• 7.2.1 直流環(huán)節(jié)測試實驗90-91
• 7.2.2 MPC模式實驗91-95
• 7.2.3 MPC效率實驗95-96
• 7.2.4 MPPT實驗96-97
• 7.2.5 多端口實驗97-98
• 7.3 本章小結(jié)98-99
• 總結(jié)與展望99-100
• 致謝100-101
• 參考文獻101-105
• 附錄A105-106
• 附錄B106

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