离网光伏发电系统的研究

【摘要】：随着社会的发展，煤、石油、天然气等非可再生能源短缺以及其过渡使用而引发的环境问题日益突出，大力发展低污染、可再生的新能源已成为世界各国的共识。其中太阳能以其清洁、资源丰富等优点而更受到各国政府的青睐。但是目前发电成本较高是制约太阳能发展的一大瓶颈，而通过有效的控制以提高太阳能的利用率来降低光伏发电成本一直是太阳能发电领域研究的重要课题之一。本文针对这一问题对离网光伏发电系统进行了深入的研究。 文中所设计的光伏发电系统选用DC/DC和DC/AC两级逆变结构。DC/DC采用Boost升压电路完成光伏最大功率点(MPP)的跟踪；DC/AC采用基于SPWM的双闭环控制理论完成逆变功能。 首先，通过建立光伏电池的仿真模型，在分析光伏电池输出特性和定步长扰动观测法的误判与震荡问题的基础上，提出了一种改进的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法，并以Matlab/Simulink为平台搭建仿真模型，对该算法的最大功率点跟踪效果进行了验证。 其次，分析了SPWM的调制方法，建立了单相全桥逆变电路的数学模型并进行了分析。深入研究分析了电压外环电流内环的逆变器双闭环控制策略，在设计中电压外环采用PI调节器，电流内环采用P调节器，并采用极点配置法对双闭环逆变控制系统的参数进行了整定。 最后，在上述理论研究和仿真的基础上，以TI公司的TMS320F2812作为控制核心，对小功率离网光伏发电系统的软硬件系统进行了设计。结合实验室条件搭建了实验平台，从相关实验电路的调试结果中可以看出，所设计的电路实现了各部分的功能，验证了所设计软硬件系统是合理的。 【关键词】：光伏电池 最大功率点跟踪 Boost电路 SPWM
【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7-12
• 1.1 课题研究的背景及意义7-8
• 1.2 光伏发电国内外的研究动态及发展趋势8-10
• 1.2.1 国外光伏发电的发展8-9
• 1.2.2 国内光伏发电的发展9-10
• 1.3 本课题的研究目的10
• 1.4 本文主要工作10-12
• 2 离网光伏发电系统的组成12-24
• 2.1 光伏发电系统的概述12-13
• 2.2 光伏电池的特性分析13-18
• 2.2.1 光伏电池的发电原理13-14
• 2.2.2 光伏电池的数学模型分析14-17
• 2.2.3 光伏电池的输出特性仿真与分析17-18
• 2.3 光伏发电系统中的蓄电池18-23
• 2.3.1 铅酸电池的工作原理19
• 2.3.2 铅酸蓄电池充放电策略分析19-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 光伏电池最大功率点跟踪技术的研究与仿真24-35
• 3.1 光伏电池最大功率点跟踪24-26
• 3.1.1 最大功率点跟踪原理24
• 3.1.2 MPPT 中的 Boost 电路分析24-26
• 3.2 光伏电池最大功率点跟踪控制策略26-29
• 3.2.1 定电压跟踪法26
• 3.2.2 扰动观测法26-27
• 3.2.3 电导增量法27-28
• 3.2.4 其它最大功率跟踪策略28-29
• 3.3 改进的变步长扰动观测法的控制策略29-34
• 3.3.1 定步长扰动观测法的震荡和误判分析29-31
• 3.3.2 改进的扰动观测法31-32
• 3.3.3 改进的扰动观测法的仿真验证32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 基于 SPWM 逆变工作原理分析与仿真35-45
• 4.1 SPWM 调制方法与逆变主电路结构35-39
• 4.1.1 SPWM 调制方法分析35-37
• 4.1.2 逆变主电路的拓扑结构与数学模型37-39
• 4.2 双闭环控制控制策略建模与分析39-44
• 4.2.1 双闭环系统的建模分析39
• 4.2.2 双闭环系统的参数整定39-41
• 4.2.3 基于 SPWM 单相逆变器双闭环控制策略仿真41-44
• 4.3 本章小结44-45
• 5 基于 DSP 的光伏发电系统软硬件设计45-65
• 5.1 系统设计概述45-46
• 5.1.1 系统技术参数45
• 5.1.2 系统硬件框图45-46
• 5.2 系统主电路参数设计46-51
• 5.2.1 Boost 电路参数设计46-48
• 5.2.2 DC/AC 电路主要参数设计48-51
• 5.3 系统硬件电路设计51-56
• 5.3.1 直流信号采样电路51
• 5.3.2 交流信号采样电路51-52
• 5.3.3 MOSFET 驱动电路的设计52-55
• 5.3.4 保护电路设计55-56
• 5.4 系统软件设计56-61
• 5.4.1 系统软件总体设计56-58
• 5.4.2 直流采样的算法校正58-59
• 5.4.3 TMS320F2812 生成 PWM 波的原理59-61
• 5.5 实验结果与分析61-64
• 5.5.1 最大功率点跟踪精度实验61-63
• 5.5.2 逆变实验63-64
• 5.6 本章小结64-65
• 6 结论与展望65-66
• 6.1 结论65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70

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