光伏系統(tǒng)直流微網(wǎng)智能接口及MPPT研究

【摘要】：太陽(yáng)能作為一種無(wú)污染的綠色能源,它的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到重視。直流微網(wǎng)中一個(gè)重要的能源來(lái)源就是光伏發(fā)電,但是太陽(yáng)能電池板的輸出電壓一般比較低,不能直接與直流微網(wǎng)中高電壓等級(jí)的直流母線(xiàn)相連,因此需要通過(guò)一個(gè)中間接口與直流母線(xiàn)相連,這個(gè)中間接口即為電力電子變換元件。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,DC/DC變換器常常被用來(lái)作為這一中間接口,DC/DC變換器不僅可以將光伏電池輸出的低電壓升高到所需求的高電壓,還可以對(duì)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤,從而提高了電池的利用率。本文光伏智能接口主要由光伏電池,功率電路,傳感器電路,調(diào)理電路,A/D轉(zhuǎn)換電路,CPU控制板,手持器,Zigbee接口等組成。功率電路主要包括逆變電路,高頻變壓器和整流電路。傳感器電路所采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理電路后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,A/D轉(zhuǎn)換輸出到CPU進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算與控制。手持器主要用于觀測(cè)和修改參數(shù)。論文首先闡述了直流微網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展,光伏DC/DC控制器的特點(diǎn)和發(fā)展,分析了移相全橋ZVS PWM DC/DC全橋變換器的工作原理。在分析和研究了移相全橋DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法基礎(chǔ)上,搭建了PSIM移相仿真模塊,對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。針對(duì)移相全橋DC/DC變換器中因特性不一致使變壓器初級(jí)產(chǎn)生直流分量而導(dǎo)致的偏磁問(wèn)題,提出了不對(duì)稱(chēng)移相的偏磁數(shù)字抑制方法,并給出了基于TMS320F28335 DSP不對(duì)稱(chēng)移相的實(shí)現(xiàn)方法,經(jīng)仿真和實(shí)驗(yàn)表明,取得了較好的效果。此外,系統(tǒng)在并入直流母線(xiàn)之前首先要將電壓穩(wěn)定到直流母線(xiàn)所設(shè)定的電壓600V,有效的防止了在并網(wǎng)的瞬間將電網(wǎng)電壓拉低。在升壓時(shí)為了防止電壓的過(guò)沖,加入了慣性環(huán)節(jié),使系統(tǒng)使得整個(gè)系統(tǒng)可以安全有效的運(yùn)行。最后,針對(duì)光伏電池的伏安特性具有強(qiáng)烈的非線(xiàn)性,對(duì)負(fù)載適應(yīng)性較差,且太陽(yáng)電池的輸出功率隨光照強(qiáng)度和溫度等因素而變化的問(wèn)題,采用基于正弦擾動(dòng)的最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking, MPPT)非線(xiàn)性控制方法,仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此方法控制效果很好。在完成設(shè)計(jì)和調(diào)試基于TMS320F28335DSP的CPU控制板后,制作了功率板,調(diào)理板和傳感器采樣板,并進(jìn)行了PWM移相、A/D轉(zhuǎn)換和并網(wǎng)等主要程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試。針對(duì)基于直流微網(wǎng)中的Zigbee通訊要求,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的通訊協(xié)議和串行通訊程序。 【關(guān)鍵詞】：移相全橋DC/DC控制器 ZVS 直流偏磁 不對(duì)稱(chēng)移相 數(shù)字控制 最大功率跟蹤 正弦擾動(dòng) 光伏系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM46
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 1 概述8-12
• 1.1 直流微網(wǎng)的發(fā)展8
• 1.2 光伏系統(tǒng)直流微網(wǎng)智能接口8-9
• 1.3 光伏DC/DC變換器的特點(diǎn)與發(fā)展9-10
• 1.4 移相全橋DC/DC控制器的發(fā)展10-11
• 1.4.1 移相全橋DC/DC變換器軟開(kāi)關(guān)技術(shù)10-11
• 1.4.2 移相全橋DC/DC變換器控制技術(shù)11
• 1.5 本課題的主要任務(wù)11-12
• 2 移相全橋DC/DC建模與仿真12-33
• 2.1 移相全橋DC/DC的結(jié)構(gòu)與工作原理12-22
• 2.1.1 移相全橋DC/DC的結(jié)構(gòu)12
• 2.1.2 移相全橋ZVS PWM DC/DC工作原理12-22
• 2.2 移相全橋DC/DC數(shù)學(xué)模型22
• 2.3 直流偏磁的抑制原理22-25
• 2.3.1 偏磁產(chǎn)生的因素以及抑制方法概述22-23
• 2.3.2 偏磁抑制數(shù)學(xué)模型23-24
• 2.3.3 偏磁抑制的數(shù)字實(shí)現(xiàn)24-25
• 2.4 移相全橋DC/DC的仿真25-33
• 2.4.1 PSIM的移相器設(shè)計(jì)25-28
• 2.4.2 對(duì)稱(chēng)移相仿真28-30
• 2.4.3 抑制直流偏磁的不對(duì)稱(chēng)移相控制仿真30-33
• 3 太陽(yáng)能電池以及最大功率跟蹤控制技術(shù)33-44
• 3.1 太陽(yáng)能電池的特性33-35
• 3.1.1 太陽(yáng)能電池的等值電路33-34
• 3.1.2 太陽(yáng)能電池的輸出特性34-35
• 3.2 MPPT算法概述35-36
• 3.3 基于正弦擾動(dòng)的MPPT非線(xiàn)性控制算法及仿真36-44
• 3.3.1 MPPT非線(xiàn)性控制算法原理36-38
• 3.3.2 正弦擾動(dòng)法38-40
• 3.3.3 基于正弦擾動(dòng)的MPPT非線(xiàn)性控制算法仿真40-44
• 4 光伏DC/DC控制器的硬件設(shè)計(jì)44-60
• 4.1 CPU電路設(shè)計(jì)44-48
• 4.1.1 F28335簡(jiǎn)介44
• 4.1.2 F28335最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)44-48
• 4.2 主電路設(shè)計(jì)48-53
• 4.2.1 主電路結(jié)構(gòu)48
• 4.2.2 高頻變壓器的設(shè)計(jì)48-50
• 4.2.3 輸入電容的設(shè)計(jì)50
• 4.2.4 主開(kāi)關(guān)管的設(shè)計(jì)50
• 4.2.5 橋臂并聯(lián)電容與諧振電感的設(shè)計(jì)50-51
• 4.2.6 輸出濾波電感的設(shè)計(jì)51-52
• 4.2.7 輸出濾波電容的設(shè)計(jì)52
• 4.2.8 輸出整流二極管的選擇52-53
• 4.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)53-54
• 4.4 參數(shù)采集調(diào)理電路54-56
• 4.4.1 電壓、電流采集調(diào)理電路54-55
• 4.4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路55-56
• 4.4.3 溫度測(cè)量調(diào)理電路56
• 4.5 其它電路設(shè)計(jì)56-60
• 4.5.1 保護(hù)電路56-58
• 4.5.2 接口電路設(shè)計(jì)58-60
• 5 光伏DC/DC控制器軟件設(shè)計(jì)60-72
• 5.1 CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介60
• 5.2 PWM程序與移相控制60-63
• 5.2.1 ePWM模塊初始化60-61
• 5.2.2 DSP中的不對(duì)稱(chēng)移相的實(shí)現(xiàn)61-63
• 5.3 A/D采樣與中斷程序設(shè)計(jì)63-64
• 5.4 通訊程序設(shè)計(jì)64-69
• 5.4.1 通訊協(xié)議概述64-65
• 5.4.2 通訊數(shù)據(jù)格式65-66
• 5.4.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)66-67
• 5.4.4 串行通訊程序設(shè)計(jì)67-69
• 5.5 并入直流母線(xiàn)控制程序設(shè)計(jì)69-72
• 6 實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果72-75
• 6.1 偏磁抑制實(shí)驗(yàn)72-73
• 6.2 電壓響應(yīng)實(shí)驗(yàn)73
• 6.3 MPPT實(shí)驗(yàn)73-74
• 6.4 系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境74-75
• 7 總結(jié)與展望75-76
• 7.1 全文總結(jié)75
• 7.2 前景展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-83
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄83-84

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