光伏能量转换逆变电源技术研究

【摘要】：当前,全球化石能源紧缺、气候变化等环境压力日渐增大。太阳能、风能、生物质能等新能源和可再生能源已被世界各国政府作为重要的战略替代能源。我国是一个能源匮乏的国家,太阳能作为一个行之有效、取之不尽的清洁能源,具有清洁、安全、可再生等优点；在新能源利用中应用比例最高、资源潜力最大、发展前景最为广阔、技术和产业带动作用强,是发展节能经济不可或缺的重要手段。而电能作为全球应用最为广泛的能量,是人类生活和进步的基石。因此,研究将太阳能转换成电能的光伏发电系统能量转换技术具有重要的意义。 本课题是基于光伏转换逆变电源技术的研究。首先介绍了太阳能的国内外应用现状,光伏发电系统的分类和各部分组成,分析了独立光伏发电系统的能量转换过程,以及各部分结构的功能,详细研究了逆变系统的电路结构和工作原理。并且选择了单相全桥逆变电路作为逆变器主电路的设计方案。 为了研究MPPT的控制方法,本文先对光伏电池的非线性特性进行研究,建立了数学模型,再通过分析和比较最大功率点跟踪的各种方法,采用了一种模糊PID控制的MPPT方法,并通过MATLAB仿真验证了此方法具有良好的控制效果；同时,为了对蓄电池充放电进行有效的管理,用以保护蓄电池,节约成本,分析了蓄电池的充放电特性,研究了充放电控制装置,并选择了双闭环控制方法对蓄电池的充放电进行控制。 针对独立光伏系统的设计目标,对光伏逆变器的升压与逆变部分进行了软件与硬件的电路分析与设计。硬件设计部分在确定了系统结构后,设计了系统主回路电路,及辅助电路如控制电路、驱动电路、检测电路和保护电路等；软件部分采用DSP TMS320LF2407芯片来完成对各硬件电路之间的可靠运行和逆变环节无差拍等控制算法的实现。 最后根据技术指标选择参数,搭建样机,并建立实验平台进行实验,得到了额定功率为3kW的市电稳定输出。实验结果验证了光伏发电逆变电源硬件设计与控制算法的正确性和可行性。 【关键词】：光伏发电 MPPT 模糊PID 全桥逆变
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 研究现状和发展趋势9-12
• 1.2.1 国内太阳能应用的现状9-10
• 1.2.2 国外太阳能应用的现状10-11
• 1.2.3 逆变器的发展趋势11-12
• 1.3 独立光伏系统设计目标12
• 1.4 论文的主要工作12-13
• 第二章 光伏发电系统13-27
• 2.1 光伏电池的原理与特性13-15
• 2.1.1 光伏发电基本原理13
• 2.1.2 光伏阵列的数学模型13-14
• 2.1.3 光伏阵列P-U特性曲线14-15
• 2.2 光伏系统的分类与组成15-17
• 2.2.1 光伏发电系统的分类15-16
• 2.2.2 光伏发电系统各部分组成16-17
• 2.3 光伏系统最大功率点跟踪技术17-20
• 2.3.1 MPPT原理(Maximum Power Point tracki ng)17
• 2.3.2 MPPT数学模型建立17-18
• 2.3.3 常用的MPPT方法18-20
• 2.4 蓄电池的技术特性及其工作原理20-23
• 2.4.1 蓄电池的种类和基本特性参数20-21
• 2.4.2 铅蓄电池的充放电特性21-23
• 2.5 Boost变换电路的工作过程23-25
• 2.6 单相全桥逆变电路25-26
• 2.7 本章小结26-27
• 第三章 MPPT控制方法及蓄电池充放电控制的研究27-38
• 3.1 MPPT控制结构27
• 3.2 最大功率跟踪方法研究27-29
• 3.2.1 模糊控制的简介28
• 3.2.2 模糊控制的基本原理28-29
• 3.3 最大功率跟踪的模糊设计29-33
• 3.3.1 模糊PID的设计29-32
• 3.3.2 模糊PID仿真32-33
• 3.4 蓄电池的充放电控制策略33-37
• 3.4.1 充放电控制装置33-34
• 3.4.2 蓄电池充放电控制34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 光伏发电系统的硬件设计38-53
• 4.1 系统结构及计算38-42
• 4.1.1 系统组成结构38
• 4.1.2 系统硬件主回路及器件选型38-40
• 4.1.3 主电路器件的计算40-42
• 4.2 前级PWM控制板设计42-46
• 4.3 IGBT模块驱动设计46-47
• 4.3.1 HCPL-316J驱动芯片46
• 4.3.2 HCPL-316J工作原理46-47
• 4.3.3 IGBT驱动电路及功能47
• 4.4 输出交流电压、电流检测电路47-48
• 4.5 辅助电路设计48-50
• 4.5.1 辅助电源工作原理48-49
• 4.5.2 开关电源主电路49-50
• 4.6 键盘显示电路50-51
• 4.7 过压欠压保护51-52
• 4.8 本章小结52-53
• 第五章 逆变输出环节控制方法研究53-60
• 5.1 逆变环节的控制方法53-54
• 5.1.1 滞环比较方法53
• 5.1.2 三角波比较方法53-54
• 5.1.3 无差拍控制方法54
• 5.2 无差拍双闭环控制方法研究54-58
• 5.2.1 无差拍控制的数学模型54-55
• 5.2.2 DC-AC双闭环控制55-57
• 5.2.3 给定电流的计算57
• 5.2.4 逆变桥开关管占空比的计算57-58
• 5.3 光伏控制系统过程分析58-59
• 5.3.1 光伏系统整体控制框图58-59
• 5.3.2 系统控制过程分析59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 光伏逆变转换的系统实现60-68
• 6.1 DSP芯片的介绍60
• 6.2 光伏系统软件实现60-64
• 6.2.1 系统主程序60-61
• 6.2.2 充电子程序61-62
• 6.2.3 MPPT算法子程序62-63
• 6.2.4 逆变控制子程序63-64
• 6.3 实验结果64-67
• 6.3.1 最大功率仿真结果64-65
• 6.3.2 辅助电源输出65-66
• 6.3.3 光伏逆变输出66-67
• 6.4 本章小结67-68
• 总结68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-72
• 作者简介72
• 攻读学位期间的研究成果72-73

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