离网光伏发电系统的研究

【摘要】：随着世界经济的高速发展，煤、石油、天然气等传统化石能源大量使用，造成了严重的能源匮乏和环境污染，能源问题越来越受到全球各国的重视，许多国家将注意力转向了新能源。太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性和开发利用的清洁性，得到了广泛的开发和利用。当前太阳能主要应用在发电系统，根据太阳能发电是否并网可将其分为离网和并网两种发电系统。并网主要集中分布在光资源丰富的地区，规模大，投资大；而离网光伏发电系统分布广泛，灵活性强，成本低。在电力供应困难的偏远地区，离网光伏发电有其得天独厚的优势，故对其研究是很有必要的。 本文首先对现有离网光伏发电系统进行分析，比较选择出一种离网光伏发电系统，其组成包括：太阳能电池、太阳能充电器、储能设备、升压电路及逆变电路。其次对各模块深入分析，给定模块指标，并比较现有拓扑选择出模块所需的拓扑电路。确定以Boost变换器作为太阳能充电器的主电路，推挽正激变换器作为升压模块的主电路，全桥逆变器作为逆变模块的主电路。然后根据所选电路，设计出各电路的控制策略。充电器采用了三段控制方式，包括：恒流、MPPT和恒压三种模式；在MPPT模式，提出一种新型的结合蓄电池充电的采充电器输出电流的控制策略，并通过扰动比较法实现最大功率跟踪；推挽正激电路中提出一种适用于双端变换器的死区定时器控制策略；逆变电路的SPWM控制选用电路简单、易于实现的电压跟踪控制。 根据所选电路和采用的控制策略，进行各电路参数设计及搭建实验电路，并通过软件编程调试。充电器实验结果验证了所提出的MPPT控制策略的可行性；推挽正激电路实验验证了死区定时器控制策略的可行性；整机测试结果证实了该系统的实用性。 【关键词】：离网光伏 太阳能充电器 推挽正激 全桥逆变
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-11
• 1.1 研究背景和研究意义7-9
• 1.1.1 研究背景7-8
• 1.1.2 研究意义8-9
• 1.2 离网光伏发电系统的结构9-10
• 1.3 本论文主要工作10-11
• 2 光伏发电系统及原理11-24
• 2.1 太阳能电池特性11-13
• 2.1.1 太阳能电池等效电路11-12
• 2.1.2 太阳能电池输出特性曲线12-13
• 2.2 蓄电池的主要参数13-14
• 2.3 充电器的工作原理和 Boost 电路的分析14-17
• 2.3.1 太阳能充电器的工作原理14-15
• 2.3.2 Boost 电路的分析15-17
• 2.4 升压拓扑的选择和推挽正激电路的工作原理17-22
• 2.4.1 升压拓扑的选择17-18
• 2.4.2 推挽正激电路工作原理18-21
• 2.4.3 推挽正激电路的参数关系21-22
• 2.5 逆变拓扑的选择和全桥逆变电路的工作原理22-23
• 2.5.1 逆变拓扑的选择22
• 2.5.2 全桥逆变电路的调制技术22-23
• 2.6 本章总结23-24
• 3 各模块电路的控制方式24-36
• 3.1 蓄电池充电的常用方式和三段控制方式24-26
• 3.1.1 蓄电池充电的常用方式24-26
• 3.1.2 三段控制方式26
• 3.2 常见的 MPPT 控制方法和新型的采充电器输出电流控制策略26-29
• 3.2.1 常见的 MPPT 控制方法26-28
• 3.2.2 新型的采充电器输出电流控制策略28-29
• 3.3 闭环控制的基本控制算法和死区定时器控制策略29-32
• 3.3.1 闭环控制的基本控制算法29-30
• 3.3.2 死区定时器控制策略30-32
• 3.4 逆变电路的 SPWM 控制方式32-35
• 3.4.1 计算法32-33
• 3.4.2 调制法33-34
• 3.4.3 跟踪控制法34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 系统主电路设计36-48
• 4.1 各模块主要技术指标36-37
• 4.2 系统主电路参数设计37-44
• 4.2.1 Boost 电路参数设计37-39
• 4.2.2 推挽正激电路参数设计39-42
• 4.2.3 全桥逆变电路参数设计42-44
• 4.3 系统其它电路设计44-46
• 4.3.1 采样电路设计44-45
• 4.3.2 MOSFET 驱动电路设计45-46
• 4.4 本章小结46-48
• 5 实验结果分析48-56
• 5.1 充电器实验结果分析48-50
• 5.2 升压模块实验结果分析50-52
• 5.3 逆变模块实验结果分析52-55
• 5.4 本章小结55-56
• 6 结论56-58
• 6.1 结论56-57
• 6.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-61

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