基于双轴跟踪的光伏并网逆变系统研究

【摘要】：随着经济社会的不断发展和人口的持续增长,最近数年全球对电力的需求呈现出指数方式的增加,与此同时,带来了能源紧缺和环境污染等灾难性的问题。解决这一问题的根本途径积极开发新式能源用以替代传统能源,从而根本性的解决人类社会发展需要和能源紧缺这一矛盾。 目前,太阳能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。目前我国已经跻身为世界上最大的太阳能光伏产品制造基地。虽然我国太阳能电池产量占据了全球最大份额,但是与光伏电池应用相关的下游产品譬如光伏并网逆变系统、视日跟踪系统和监控设备等却没有取得相应的发展,这也一定程度上影响了我国光伏发电市场的发展。本文将重点对光伏并网系统的体系结构进行优化设计,针对太阳能电池从发电到并网的各个环节进行全面优化,用以提高能源的利用效率。 本文所设计的整个系统的工作过程是太阳方位跟踪传感器实时检测太阳位置,将输出的模拟信号经过调理后送入控制器转化为数字量后,通过比较、分析和决策后,控制和驱动步进电机动作,使得光伏电池板的受光面始终保持与入射光线垂直,以使光伏电池受光面积得到最大效率的使用。同时,光伏阵列输出直流电到并网逆变器,并网逆变器将直流电转换为电网要求的交流电。整个系统采用两级拓扑,输出为220V的单相交流电,频率为50Hz。全桥式逆变器输入端与反激电路相连,逆变器采用正弦PWM控制,以实现正弦波输出。逆变器输出通过EMI滤波后与电网相连。整个电路控制单元采用dsPIC33F系列单片机,电网电压和电流通过传感器采样后,由单片机经过锁相环PLL控制以保持逆变器输出电流与电网同步,同时进行孤岛检测。 【关键词】：光伏并网发电系统 太阳轨迹跟踪 MPPT 孤岛检测
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题的研究背景8-9
• 1.2 国内外光伏发电发展9-13
• 1.2.1 国外光伏发电历史与现状9-11
• 1.2.2 国内光伏发电历史与现状11-13
• 1.3 课题的研究价值13-14
• 1.4 论文结构与主要内容14-15
• 2 光伏并网发电系统技术基础15-24
• 2.1 光伏电池发电原理和特点15-19
• 2.1.1 光伏效应的物理基础15-16
• 2.1.2 光伏电池数学模型和发电特点16-19
• 2.2 太阳能光伏发电系统19-21
• 2.3 光伏并网发电体系结构21-24
• 2.3.1 体系结构21-22
• 2.3.2 发电系统架构22-24
• 3 光伏并网发电系统效率最大化设计24-32
• 3.1 太阳辐射资源的有效利用24-26
• 3.2 视日跟踪系统26-29
• 3.3 MPPT控制29-32
• 3.3.1 恒压跟踪法29
• 3.3.2 短路电流法29
• 3.3.3 扰动观察法29-32
• 4 并网逆变器硬件设计32-53
• 4.1 逆变器系统设计32
• 4.2 DC-DC变换器设计32-38
• 4.2.1 电路设计32-36
• 4.2.2 硬件电路设计36-38
• 4.3 单相全桥逆变设计38-40
• 4.3.1 逆变电路设计38-39
• 4.3.2 MOSFET的选择39-40
• 4.3.3 驱动电路40
• 4.4 控制器选择40-42
• 4.5 采样电路42-46
• 4.5.1 过压保护电路42-43
• 4.5.2 光伏电池输出电压检测电路43
• 4.5.3 电感电流检测电路设计43-44
• 4.5.4 温度测量电路设计44-45
• 4.5.5 过零点检测电路45-46
• 4.6 输出滤波设计46-48
• 4.7 孤岛检测48-50
• 4.8 数据采集传输和监控系统50-51
• 4.9 辅助电源设计51-53
• 5 软件设计53-59
• 5.1 软件开发环境53
• 5.2 控制系统的设计53-59
• 5.2.1 系统运行主程序设计53-55
• 5.2.2 双轴跟踪系统子程序55-56
• 5.2.3 最大功率跟踪子程序56-57
• 5.2.4 并网运行子程序57-59
• 6 实验和结果分析59-63
• 6.1 实验平台59-60
• 6.2 实验内容和结果分析60-63
• 6.2.1 基于双轴式跟踪平台的逆变器效率测试60-61
• 6.2.2 并网频率相位跟踪测试61-63
• 结论63-65
• 参考文献65-67
• 致谢67-68

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