光伏與市電并聯(lián)直流供電系統(tǒng)的能量變換關鍵技術研究

【摘要】：為應對日益嚴重的環(huán)境污染和資源緊缺等問題,光伏能源作為一種資源龐大的可再生清潔能源正在被不斷的開發(fā)和利用。隨著分布式光伏發(fā)電和光伏建筑一體化的發(fā)展,光伏直流供電系統(tǒng)將得到廣泛的使用。本文主要以光伏直流供電系統(tǒng)為研究對象,對光電互補并聯(lián)供電系統(tǒng)作了全面的理論分析和研究。針對系統(tǒng)的拓撲結構、能量管理控制策略、主電路參數(shù)以及控制環(huán)路等進行了詳細的研究和設計,主要內(nèi)容有:1.通過分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的不同電路拓撲結構及各自的應用場合,最終選定移相內(nèi)高頻全橋作為光伏能量變換器,用于實現(xiàn)光伏最大功率點跟蹤或者輸出電壓穩(wěn)定,并對移相全橋電路進行了小信號建模、原理性分析和設計。為保證負載能量的穩(wěn)定性,引入了市電做后備電源,考慮到市電的功率因數(shù)和能量是否可逆等問題,選取PWM整流器作為光伏補償能量變換器。2.對系統(tǒng)的能量進行管理,就是通過設計可行的系統(tǒng)控制策略,實現(xiàn)光伏陣列總是以最大功率輸出,同時為直流負載提供穩(wěn)定能量。供電系統(tǒng)是由兩個子系統(tǒng)構成的兩級系統(tǒng),通過對子系統(tǒng)的分析和研究,結合系統(tǒng)控制的核心,即最大功率點跟蹤和穩(wěn)壓,提出了兩種可行的控制策略,并為此進行了能量解耦的設計。3.主電路參數(shù)的選擇對系統(tǒng)能否正常工作,以及市電的功率因數(shù)高低起著重要作用,為此進行了參數(shù)的研究和設計。濾波器設計的是否合理將會影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性,因此分析了直流側和交流側濾波器的設計思想和過程。為實現(xiàn)負載的快速穩(wěn)壓,在電壓外環(huán)提出了模糊PID控制,用于增加系統(tǒng)的快速性和魯棒性。還研究了數(shù)字控制器在系統(tǒng)控制中的應用以及如何實現(xiàn)控制目標。4.根據(jù)文中所提的能量控制策略,利用Simulink軟件對系統(tǒng)建立了相應的仿真模型,并進行了仿真。針對4kW供能系統(tǒng)的技術參數(shù),采用DSP芯片TMS320F2812作為控制芯片,搭建了試驗平臺,進行了相關實驗驗證。 【關鍵詞】：光電互補 能量管理 最大功率點跟蹤 移相全橋 PWM整流器
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM615;TM721.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11
• 1.2 光伏發(fā)電的利用形式11-15
• 1.2.1 獨立式光伏發(fā)電12
• 1.2.2 并網(wǎng)式光伏發(fā)電12-13
• 1.2.3 混合式光伏發(fā)電13-15
• 1.3 光伏與市電并聯(lián)直流供電系統(tǒng)分類15-17
• 1.3.1 含蓄電池的光電并聯(lián)直流供電系統(tǒng)15-16
• 1.3.2 市電不可逆流的光電并聯(lián)直流供電系統(tǒng)16
• 1.3.3 市電可逆流的光電并聯(lián)直流供電系統(tǒng)16-17
• 1.4 本文主要內(nèi)容17-19
• 第二章 系統(tǒng)結構與電路拓撲的研究19-37
• 2.1 市電可逆流的光電并聯(lián)直流供電系統(tǒng)分析19-22
• 2.1.1 最大功率點跟蹤原理19-20
• 2.1.2 DC/DC變換器的選擇20-21
• 2.1.3 雙向AC/DC變換器的選擇21-22
• 2.2 市電可逆流的光電并聯(lián)直流供電系統(tǒng)結構22
• 2.3 移相全橋變換器的研究22-30
• 2.3.1 移相全橋變換器實現(xiàn)穩(wěn)壓的原理23-24
• 2.3.2 移相全橋變換器實現(xiàn)MPPT的原理24-25
• 2.3.3 移相全橋DC/DC變換器的小信號建模25-30
• 2.4 PWM整流器的研究30-35
• 2.4.1 能量的雙向流動機理30-31
• 2.4.2 PWM整流器的運行分析31-33
• 2.4.3 PWM整流器的模態(tài)分析33-35
• 2.5 本章小結35-37
• 第三章 能量解耦的控制方法與設計37-51
• 3.1 市電可逆流的光電并聯(lián)直流供電系統(tǒng)原理圖37
• 3.2 能量解耦的控制方法37-41
• 3.2.1 利用DC/DC變換器實現(xiàn)MPPT38-39
• 3.2.2 利用PWM整流器實現(xiàn)MPPT39-41
• 3.3 并聯(lián)供電系統(tǒng)的工作模式41-42
• 3.4 能量解耦的設計42-50
• 3.4.1 移相全橋DC/DC變換器的穩(wěn)壓設計42-47
• 3.4.2 移相全橋DC/DC變換器的MPPT設計47-48
• 3.4.3 PWM整流器的能量解耦設計48-50
• 3.5 本章小結50-51
• 第四章 系統(tǒng)的硬件與軟件設計51-63
• 4.1 移相全橋的硬件設計51-55
• 4.1.1 高頻變壓器設計51-53
• 4.1.2 濾波電感的設計和濾波電容的選擇53-54
• 4.1.3 主開關管及不可控二極管的選擇54-55
• 4.2 移相全橋的軟件設計55-57
• 4.3 PWM整流器的硬件設計57-59
• 4.3.1 交流側電感設計57-58
• 4.3.2 直流側二次濾波器的設計58-59
• 4.3.3 直流側電容的選擇59
• 4.4 PWM整流器的軟件設計59-62
• 4.5 本章小結62-63
• 第五章 系統(tǒng)的仿真及實驗分析63-71
• 5.1 系統(tǒng)仿真63-66
• 5.1.1 移相全橋實現(xiàn)MPPT仿真63-64
• 5.1.2 PWM整流器的穩(wěn)壓仿真64-65
• 5.1.3 系統(tǒng)聯(lián)合供電仿真65-66
• 5.2 實驗樣機參數(shù)66-67
• 5.2.1 移相全橋子系統(tǒng)67
• 5.2.2 PWM整流器子系統(tǒng)67
• 5.3 實驗數(shù)據(jù)和分析67-70
• 5.3.1 采用移相全橋實現(xiàn)MPPT的測試實驗67-69
• 5.3.2 采用PWM整流器實現(xiàn)穩(wěn)壓控制實驗69
• 5.3.3 系統(tǒng)聯(lián)合供電實驗驗證69-70
• 5.4 本章小結70-71
• 第六章 總結與展望71-73
• 6.1 論文總結71-72
• 6.2 工作展望72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-77
• 攻碩期間取得的研究成果77-78

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