基于无源无损软开关的太阳能最大功率点跟踪研究

【摘要】：近年来,由于能源问题的日趋严重,新能源的利用得到了推广,太阳能光伏产业也得到了飞速的发展。本文对太阳能光伏并网发电存在的问题加以阐述,并对其主要技术问题进行研究,现在着重从光伏发电系统的DC/DC变换和最大功率点跟踪两个方面进行研究,本文的主要内容如下: 1.分析了光伏电池的工作原理及其输出特性。针对其输出特性的非线性特点,提出了太阳能的最大功率点跟踪(MPPT)问题,并对常见的最大功率点跟踪方法分析和比较,分析了几种常见跟踪方法的优缺点。 2.从光伏升压DC/DC电路拓扑结构入手,研究了基本的斩波电路。并将软开关结构引入基本的斩波电路,来提高电路能量的转化效率,降低能量损耗。分析了各种软开关结构及其特点,并在其基础上应用了无源无损软开关结构,阐述了其开关优点,并就其中一种电路结构选出作为深入研究的对象。 3.将无源无损软开关单元和Boost电路相结合,组成了光伏发电DC/DC环节,分析该电路的工作过程,说明该电路理论上的可行性。并根据其参数选择原理,选择单个光伏板的参数为依据,利用Matlab/Simulink进行仿真。结果和基本Boost电路做对比,验证说明该电路结构确实能降低损耗,提高输出效率。并在这个基础上,在实验室已有条件下,对其进行电路实验,通过实际电路的工作情况,进一步验证该电路结构的可行性。 4.把该软开关电路和太阳能最大功率点跟踪技术结合起来,在该电路的基础上搭建基于扰动观察法的太阳能最大功率点跟踪控制的模型。利用Matlab/Simulink进行仿真分析,验证算法和电路的可行性,说明该改进电路的适用性。 【关键词】：DC/DC变换器 最大功率点跟踪 斩波电路 无源无损软开关
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 课题背景及意义7-8
• 1.2 光伏发电的发展现状及问题8-10
• 1.2.1 光伏发电的发展现状8-9
• 1.2.2 光伏发电技术存在的问题9-10
• 1.3 光伏发电系统介绍10-12
• 1.3.1 独立光伏发电系统11
• 1.3.2 并网光伏发电系统11-12
• 1.4 论文的主要工作及创新点12-14
• 第二章 光伏电池特性与MPPT 理论分析14-23
• 2.1 光伏电池特性14-18
• 2.1.1 光伏电池工作原理14-15
• 2.1.2 光伏电池等效电路15
• 2.1.3 光伏电池工程数学模型15-17
• 2.1.4 光伏电池输出特性17-18
• 2.2 最大功率点跟踪(MPPT)算法18-22
• 2.2.1 恒压跟踪法19
• 2.2.2 开路电压法19-20
• 2.2.3 短路电流法20
• 2.2.4 电导增量法20-21
• 2.2.5 扰动观察法21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 光伏升压DC/DC 变换器拓扑结构23-32
• 3.1 DC/DC 电路23-24
• 3.2 软开关技术的提出24-29
• 3.2.1 开关损耗24-26
• 3.2.2 软开关技术的实现26
• 3.2.3 软开关技术不利因素26-27
• 3.2.4 软开关结构分类27-29
• 3.3 无源无损软开关结构29-30
• 3.4 DC/DC 无源无损软开关电路的选取30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 Boost 无源无损软开关电路实现32-48
• 4.1 Boost 无源无损软开关电路工作分析32-38
• 4.1.1 主电路工作原理32-33
• 4.1.2 主电路工作模态分析33-37
• 4.1.3 主电路工作波形37-38
• 4.1.4 器件的电压电流应力38
• 4.2 DC/DC 无源无损软开关电路参数设计38-39
• 4.3 Boost 无源无损软开关主电路的仿真研究39-42
• 4.3.1 MATLAB 软件介绍39-40
• 4.3.2 主电路仿真40-42
• 4.4 主电路实验42-47
• 4.4.1 Boost 电路设计42-43
• 4.4.2 PWM 信号产生电路43-45
• 4.4.3 辅助电源45-46
• 4.4.4 搭建电路实验图如下46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 基于无源无损软开关的最大功率点跟踪仿真研究48-56
• 5.1 仿真模型的搭建48-51
• 5.1.1 太阳能电池模块的SIMUlink 建模48-50
• 5.1.2 爬山法的仿真模块建立50-51
• 5.2 基于爬山法的MPPT 仿真模型51-54
• 5.3 仿真结果与分析54-56
• 第六章 总结56-58
• 参考文献58-61
• 发表论文和科研情况说明61-62
• 致谢62

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