太阳能微网发电系统的研究

【摘要】：太阳能是一种具有发展潜力的再生能源,利用过程中不会产生有害物质污染环境,应用起来比较简单方便。随着化石能源的能耗,环境污染和能源短缺日益突出,最大力度地开发太阳能已刻不容缓。太阳能发电是太阳能利用方法之一,受到世界各地普遍关注。太阳能发电是一种能量转换的发电方式,可分为离网式应用和并网式应用。目前,应用最多的发电方式是并网式。本文设计了一种1kW太阳能微网发电系统,是一种在局部范围内建立的单相并网式发电系统。首先,本文介绍了国内外太阳能发电系统的现状以及未来的发展前景,又分析了太阳能电池的特性,并重点研究了几种最大功率跟踪方法。然后设计了两个模块,主要包括:DC-DC升压模块和DC-AC逆变模块。其中DC-DC升压模块,主要利用全桥LLC谐振电路实现直流电压的泵升,为逆变部分提供了稳定的输入电压;DC-AC逆变模块,主要利用单相电压型逆变电路,其中逆变部分的控制系统采用基于SPWM电压电流双环控制方法,实现逆变输出电流与电网电压的频率和相位跟踪。整个系统的控制核心选用STM32F051单片机。最后,本文对发电系统各个部分进行了参数设计和器件选用,完成了驱动电路、采样电路等硬件设计和软件设计。根据整个系统的理论分析,在仿真软件MATLAB/SimuIink和Multisim环境下,建立了升压变换部分和逆变部分的仿真模型,得到了谐振两端电压、谐振电流、电网电压和并网电流的仿真结果。搭建了实验验证平台,对仿真结果进行了验证,为以后太阳能发电系统的改进和优化奠定了坚实的基础。 【关键词】：太阳能微网发电系统 最大功率点跟踪(MPPT) 全桥LLC谐振变换电路 逆变电路 电压电流双环控制 STM32F051
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 太阳能发电的国内外发展状况10-13
• 1.2.1 国外发展现状11
• 1.2.2 国内发展现状11-13
• 1.3 太阳能微网发电系统的分类13-14
• 1.4 论文研究的主要内容14-15
• 第2章 太阳能电池阵列特性和最大功率跟踪15-32
• 2.1 太阳能微网发电系统的总体概况15-16
• 2.2 太阳能电池阵列特性16-22
• 2.2.1 太阳能电池的基本原理16-17
• 2.2.2 太阳能电池等效电路及输出特性分析17-20
• 2.2.3 太阳能电池受外界环境影响的特性分析20-22
• 2.3 MPPT最大功率跟踪技术22-30
• 2.3.1 最大功率跟踪原理22-23
• 2.3.2 最大功率跟踪方法23-30
• 2.4 MPPT仿真波形30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 DC-DC升压变换器32-46
• 3.1 DC-DC升压变换器的拓扑32-34
• 3.2 全桥LLC谐振变换电路34-37
• 3.2.1 全桥LLC谐振变换电路的工作特性34-36
• 3.2.2 fm36-37
• 3.3 谐振变换器的特性分析37-42
• 3.3.1 空载和短路特性39-41
• 3.3.2 零电压开通条件41-42
• 3.4 谐振变换器的仿真模型分析42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 DC-AC逆变器的控制系统46-62
• 4.1 并网逆变器的分类和选型46-47
• 4.2 单相电压型逆变系统工作原理47-48
• 4.3 单相逆变的输出控制理论48-49
• 4.4 功率开关管的SPWM调制方法49-52
• 4.4.1 单极性SPWM调制49-50
• 4.4.2 双极性SPWM调制50-51
• 4.4.3 SPWM波的生成方式51-52
• 4.5 逆变器输出电流的控制方法52-54
• 4.5.1 电流滞环控制方法52-53
• 4.5.2 三角波比较方法53
• 4.5.3 电压电流双环控制方法53-54
• 4.6 逆变器控制系统的数学模型54-56
• 4.7 锁相环技术56-57
• 4.8 逆变系统的仿真模型分析57-60
• 4.9 本章小结60-62
• 第5章 太阳能微网发电系统的硬件设计62-81
• 5.1 控制器STM32F05162-63
• 5.2 全桥LLC谐振变换器的应用参数63-67
• 5.2.1 技术参数63-65
• 5.2.2 变压器设计65-67
• 5.2.3 功率器件的选取67
• 5.3 全桥逆变器的参数设计67-69
• 5.3.1 逆变器输入侧电容选取67-68
• 5.3.2 功率开关管的选择68-69
• 5.4 滤波器参数设计69-72
• 5.5 辅助电源模块的设计72-73
• 5.6 驱动电路的设计73-74
• 5.7 采样电路的设计74-78
• 5.8 本章小结78-81
• 第6章 系统软件设计81-87
• 6.1 系统总体设计方案81
• 6.2 MPPT算法软件设计81-83
• 6.3 产生SPWM波的软件设计83-84
• 6.4 锁相环软件实现84-86
• 6.5 本章小结86-87
• 结论87-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士学位期间所发表的论文93-95
• 附表95-98
• 致谢98

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