光伏升壓全橋軟開關(guān)DC-DC變換器的研制

【摘要】： 隨著世界能源危機(jī)的加劇,可再生能源的開發(fā)與利用愈來愈受到重視。太陽能以其經(jīng)濟(jì)性、清潔性等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞。太陽能電池板耐壓和絕緣的要求限制了光伏電池組件串聯(lián)數(shù)量,所以光伏發(fā)電系統(tǒng)中一般采用DC-DC升壓環(huán)節(jié)。光伏升壓DC-DC變換器性能的好壞直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率,因此研究高頻化、高效率的光伏升壓軟開關(guān)DC-DC變換器意義重大。本文針對(duì)可獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行的三相光伏發(fā)電系統(tǒng),分析和研究了光伏升壓軟開關(guān)DC-DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法,并最終制作完成試驗(yàn)樣機(jī)。 首先比較了幾種全橋ZVZCS DC-DC變換器的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),根據(jù)光伏升壓DC-DC變換器的特性給出了一種副邊串聯(lián)、雙CDD無源筘位的全橋ZVZCSDC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分析了其工作原理及軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)的條件,詳細(xì)敘述了高頻變壓器、輸出濾波電感的設(shè)計(jì)以及主電路器件的選取和參數(shù)的計(jì)算過程,并用MATLAB軟件對(duì)主電路進(jìn)行了仿真。 根據(jù)光伏電池的數(shù)學(xué)模型用MATLAB建立了光伏電池的仿真平臺(tái),比較了幾種常用的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法的優(yōu)缺點(diǎn),并用MATLAB仿真了CVT啟動(dòng)+單變量電導(dǎo)增量法(INC)最大功率點(diǎn)的跟蹤過程,仿真結(jié)果表明該算法啟動(dòng)迅速,跟蹤準(zhǔn)確。 采用TMS320F2812作為主控芯片,設(shè)計(jì)了光伏升壓全橋ZVZCS DC-DC變換器數(shù)字控制系統(tǒng)。采用了一種新穎的基于DSP的數(shù)字移相PWM脈沖產(chǎn)生方法,只利用一個(gè)事件管理器且不添加任何硬件;針對(duì)全橋電路存在的偏磁現(xiàn)象和變換器的應(yīng)用工況,設(shè)計(jì)了直流偏磁、過流、欠壓、過熱等故障檢測(cè)保護(hù)電路,完善了變換器的功能;闡述了光伏升壓DC-DC變換器PI+MPPT控制的控制策略,給出了控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過程和主要程序流程圖。 最后制作完成15kVA光伏升壓全橋ZVZCS DC-DC變換器試驗(yàn)樣機(jī),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:主電路參數(shù)設(shè)計(jì)合理,成功實(shí)現(xiàn)ZVZCS,變換器工作穩(wěn)定可靠。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 全橋DC-DC變換器 零電壓零電流 最大功率點(diǎn)跟蹤 TMS320F2812
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TM46
【目錄】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及意義13-16
• 1.1.1 光伏發(fā)電的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀14-15
• 1.1.2 光伏發(fā)電的意義和存在的問題15-16
• 1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹16-18
• 1.2.1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)17
• 1.2.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)17-18
• 1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)18-21
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.3.2 DC-DC變換器的性能指標(biāo)19
• 1.3.3 本論文的主要工作19-21
• 第二章 光伏升壓DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)21-34
• 2.1 移相全橋ZVZCS DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的比較21-26
• 2.1.1 滯后橋臂串二極管的FB-ZVZCS-PWM變換器22
• 2.1.2 原邊采用飽和電感的FB-ZVZCS-PWM變換器22-23
• 2.1.3 副邊采用有源箝位的FB-ZVZCS-PWM變換器23-24
• 2.1.4 利用變壓器輔助繞組的FB-ZVZCS-PWM變換器24-25
• 2.1.5 副邊采用無源箝位的FB-ZVZCS-PWM變換器25-26
• 2.2 光伏升壓DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案的選擇26-27
• 2.3 光伏升壓移相全橋DC-DC變換器工作原理分析27-33
• 2.3.1 工作過程分析27-32
• 2.3.2 軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件分析32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 光伏升壓DC-DC變換器的工程實(shí)現(xiàn)34-47
• 3.1 主電路總體設(shè)計(jì)34-35
• 3.2 主電路參數(shù)設(shè)計(jì)35-44
• 3.2.1 高頻變壓器設(shè)計(jì)35-38
• 3.2.2 功率開關(guān)管和整流二極管的選取38-39
• 3.2.3 輸出濾波電感的設(shè)計(jì)39-41
• 3.2.4 輸出濾波電容的選取41-42
• 3.2.5 超前橋臂并聯(lián)電容的選取42
• 3.2.6 輸入濾波電容的選取42-43
• 3.2.7 無源箝位電路參數(shù)設(shè)計(jì)43-44
• 3.3 主電路MATLAB仿真分析44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 光伏電池與最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法的研究47-61
• 4.1 光伏電池及其特性47-52
• 4.1.1 光伏電池的工作原理47-48
• 4.1.2 光伏電池的分類48-49
• 4.1.3 硅型光伏電池的電特性49-52
• 4.2 最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法52-56
• 4.2.1 恒壓跟蹤法(CVT)53
• 4.2.2 擾動(dòng)觀察法(P&O)53-54
• 4.2.3 電導(dǎo)增量法(INC)54-55
• 4.2.4 滯環(huán)比較法55
• 4.2.5 模糊邏輯控制法55-56
• 4.3 CVT啟動(dòng)+單變量INC算法及其MATLAB仿真56-60
• 4.3.1 CVT啟動(dòng)+單變量INC算法56-58
• 4.3.2 MPPT算法的MATLAB仿真58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 光伏升壓DC-DC變換器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)61-78
• 5.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)62
• 5.2 基于TMS320F2812移相PWM脈沖的生成方法62-65
• 5.2.1 TMS320F2812簡(jiǎn)介62
• 5.2.2 利用DSP實(shí)現(xiàn)移相PWM脈沖的常用方法62-64
• 5.2.3 利用中斷直接實(shí)現(xiàn)移相PWM脈沖的方法64-65
• 5.2.4 數(shù)字移相的精度65
• 5.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)65-72
• 5.3.1 驅(qū)動(dòng)電路65-67
• 5.3.2 偏磁檢測(cè)與抑制電路67-68
• 5.3.3 信號(hào)檢測(cè)與故障保護(hù)電路68-71
• 5.3.4 鍵盤與液晶顯示電路71-72
• 5.4 系統(tǒng)控制方案與軟件實(shí)現(xiàn)72-77
• 5.4.1 系統(tǒng)控制方案72-73
• 5.4.2 控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)73-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 第六章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與總結(jié)78-82
• 6.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果78-80
• 6.2 總結(jié)80-82
• 附錄82-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-88
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表88

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