基于UPS的光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究

【摘要】：光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,然后供用電負荷使用、存儲或者送入電網(wǎng)。根據(jù)其與電網(wǎng)的關(guān)系,可將現(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立離網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)。在離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中,光伏陣列對蓄電池充電和向負載供電,當(dāng)光伏陣列發(fā)出的電能不足以供給用戶使用,用蓄電池作為能量補充。但是蓄電池的供電能力有限,不足以滿足用戶的大功率長時間需要。在并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中,避免了這種情況發(fā)生,但是增加了逆變器的數(shù)量,增加了成本。 本文將現(xiàn)有的兩種系統(tǒng)結(jié)合,即用UPS連接電網(wǎng)與光伏發(fā)電系統(tǒng),UPS包含有雙向變換器和蓄電池。交流電網(wǎng)斷電時,普通的UPS啟用蓄電池作為備用電源供電,但是蓄電池供電能力有限,不能長時間給負載供電。在帶有UPS的光伏發(fā)電系統(tǒng)中,光伏陣列發(fā)出的電能經(jīng)過UPS一邊由雙向變換器逆變成交流電供給負載,一邊對蓄電池充電。這樣不僅解決了對重要負載的正常供電,保證了供電可靠性；還解決了蓄電池的儲能有限問題,延長UPS的應(yīng)急供電時間；另外,從結(jié)構(gòu)上,比傳統(tǒng)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)少了一個逆變器,也節(jié)省了成本。 本文研究的主要內(nèi)容包括：首先介紹帶有UPS的光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理。在分析雙向變換器的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理的基礎(chǔ)上,采用基于前饋解耦控制的雙環(huán)控制策略,實現(xiàn)整流逆變不同模式的自動切換以達到能量雙向流動的目的。研究方向主要側(cè)重于雙向逆變器的控制及硬件電路設(shè)計,主要包括控制方法的研究、空間矢量的實現(xiàn)、硬件電路設(shè)計以及仿真驗證。 【關(guān)鍵詞】：UPS 光伏發(fā)電系統(tǒng) 前饋解耦 雙閉環(huán)控制 硬件設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 課題背景11
• 1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 最大功率點跟蹤技術(shù)11-12
• 1.2.2 DC/DC變換器結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.3 雙向變換器控制技術(shù)13-15
• 1.2.4 蓄電池儲能技術(shù)15
• 1.3 光伏發(fā)電的運行方式15-16
• 1.4 本文主要的研究內(nèi)容16-19
• 2 三相電壓型PWM雙向變換器的原理與控制19-35
• 2.1 PWM變換器的工作原理19-21
• 2.2 PWM變換器的建模21-25
• 2.2.1 三相靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型21-22
• 2.2.2 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型22-25
• 2.3 三相電壓型PWM變換器的控制25-33
• 2.3.1 變換器的可逆運行原理及雙環(huán)控制25-30
• 2.3.2 前饋電流解耦控制30-31
• 2.3.3 電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 3 帶有UPS功能的光伏發(fā)電系統(tǒng)35-45
• 3.1 帶有光伏發(fā)電的UPS系統(tǒng)的整體方案設(shè)計35
• 3.2 光伏電池特性35-37
• 3.3 磷酸鐵鋰電池37-39
• 3.3.1 磷酸鐵鋰電池的工作原理37-38
• 3.3.2 磷酸鐵鋰電池的特性38-39
• 3.4 DC/DC變換器設(shè)計39-43
• 3.4.1 電路拓撲結(jié)構(gòu)的選擇39-40
• 3.4.2 最大功率點跟蹤功能的實現(xiàn)40-43
• 3.5 系統(tǒng)各功能的實現(xiàn)與配合43-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計45-57
• 4.1 主電路設(shè)計45-49
• 4.1.1 功率器件IGBT的選型46
• 4.1.2 交流側(cè)電感的設(shè)計46-49
• 4.1.3 電容的設(shè)計49
• 4.2 檢測控制電路設(shè)計49-52
• 4.2.1 儲能電池電流采樣電路設(shè)計49-50
• 4.2.2 蓄電池電壓采樣電路50
• 4.2.3 電網(wǎng)電壓過零檢測50-51
• 4.2.4 相序檢測電路51-52
• 4.3 保護及驅(qū)動電路設(shè)計52-55
• 4.3.1 過溫保護電路52
• 4.3.2 過壓保護電路設(shè)計52-53
• 4.3.3 驅(qū)動電路設(shè)計53-55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 5 仿真驗證及分析57-63
• 5.1 仿真模塊的搭建57-60
• 5.2 仿真結(jié)果分析60-63
• 6 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 總結(jié)63
• 6.2 展望63-65
• 參考文獻65-69
• 致謝69-71
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果71

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