直流微网中智能型光伏接口的研制

【摘要】：随着光伏发电等分布式发电技术的大力发展以及装机总量的不断增加，造成分布式并网发电在电网中的占有率增加，相对于大电网而言，分布式电源并网时需要采取隔离措施来减小对电网的冲击，在电网出现故障时需要立刻退网，这样分布式电源效能的发挥将会受到限制。为了解决这一问题，可以把分布式发电组成微电网运行，为此本文提出了一种基于光伏发电的且应用于企业的一种直流微网系统，介绍了系统的整体结构，重点针对太阳能电池与直流微网中高压直流母线的电力电子接口的研制，包括光伏发电原理和最大功率点跟踪、系统的整体控制策略和系统通信、监控等方面的研究。 论文介绍了光伏发电系统的总体硬件结构以及光伏接口变换器拓扑的选取，提出了采用两个全桥整流电路串联来降低二极管耐压的措施，同时分析了变换器的工作原理以及相关的控制技术，利用状态空间平均法建立了变换器的小信号模型。在此基础上进行了光伏升压推挽DC/DC变换器的具体参数设计，详细介绍了变换器功率电路参数的设计方法和过程，并针对全桥整流吸收，推挽变压器偏磁以及开关管电压尖峰吸收等问题进行了相关的分析与研究，并利用Saber软件对主电路进行了相关仿真分析。 针对太阳能电池的等效模型，分析了其输出特性并通过仿真验证，分析了实现最大功率点跟踪控制的原理，在此基础上介绍了两种常用的最大功率点跟踪方法并给出了相关的Matlab仿真结果，进而提出了一种变参数的模糊控制来实现最大功率点跟踪的算法，最后提出了系统的整体控制策略。 采用数字信号控制器dsPIC30F2023作为主控芯片，设计了推挽升压DC/DC变换器的数字控制系统，研究了数字PI控制算法以及参数的整定，介绍了ZigBee无线通信相关技术以及设计了基于无线通信来实现的电流均衡数字控制算法，设计了相关控制算法以及软件程序，设计了远程监控系统，最后完成了实验样机的制作，搭建了相关的实验平台，验证了系统的相关软硬件设计、原理以及控制策略的正确性和可行性。 【关键词】：直流微网 推挽 DC/DC变换器 数字控制技术 MPPT 模糊算法 ZigBee无线通信
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 光伏发电的研究意义和现状12-13
• 1.1.1 光伏发电的意义12
• 1.1.2 光伏发电的应用和研究现状12-13
• 1.2 直流微网概述13-16
• 1.2.1 直流微网的由来及特征13-14
• 1.2.2 直流微网研究现状14-15
• 1.2.3 直流微网中光伏接口的研究15-16
• 1.3 论文研究的内容和结构安排16-18
• 第二章 推挽 DC/DC 变换器及其小信号分析18-27
• 2.1 光伏升压 DC/DC 变换器拓扑结构的选择18-19
• 2.2 推挽 DC/DC 变换器的电路结构和工作原理19-21
• 2.2.1 电路结构介绍19
• 2.2.2 工作原理分析19-21
• 2.3 推挽 DC/DC 变换器的小信号模型21-24
• 2.4 推挽 DC/DC 变换器的控制技术分析24-26
• 2.4.1 模拟控制方法的实现24-26
• 2.4.2 数字控制方法的实现26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 光伏升压推挽 DC/DC 变换器的设计27-44
• 3.1 光伏发电系统总体结构27
• 3.2 主电路参数设计27-32
• 3.2.1 输出滤波电感的选取27-29
• 3.2.2 高频变压器的设计29-31
• 3.2.3 输出滤波电容的选取31
• 3.2.4 功率开关管和整流二极管的选取31-32
• 3.3 副边侧全桥整流缓冲电路设计32-33
• 3.3.1 RC 吸收电路32
• 3.3.2 RCD 缓冲电路32-33
• 3.3.3 论文采用的副边侧整流尖峰抑制措施33
• 3.4 变压器偏磁以及开关管电压尖峰吸收33-35
• 3.4.1 推挽变压器偏磁的相关问题33-34
• 3.4.2 开关管电压尖峰的产生及减小方法34-35
• 3.5 仿真和实验验证35-43
• 3.5.1 变压器理想条件下的仿真35-37
• 3.5.2 实验结果37-38
• 3.5.3 变压器存在漏感时的仿真和实验结果38-40
• 3.5.4 采用 RCD 吸收电路的仿真和实验40-42
• 3.5.5 变换器的实验数据42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 太阳能电池以及最大功率跟踪控制技术研究44-58
• 4.1 太阳能电池特性分析44-46
• 4.1.1 太阳能电池的等效电路44
• 4.1.2 太阳能电池的输出特性44-46
• 4.2 太阳能电池的最大功率点跟踪46-48
• 4.2.1 太阳能电池最大功率跟踪的实现原理46
• 4.2.2 扰动观察法46-47
• 4.2.3 增量电导法47-48
• 4.3 变参数控制实现的 MPPT 算法48-53
• 4.3.1 变参数控制算法的控制原理48-50
• 4.3.2 模糊控制原理介绍50
• 4.3.3 模糊算法的实现50-53
• 4.4 最大功率跟踪控制算法的 Matlab 仿真53-56
• 4.4.1 扰动观察法的 MPPT 仿真53-54
• 4.4.2 增量电导法的 MPPT 仿真54-55
• 4.4.3 变参数控制算法的 MPPT 仿真和实验55-56
• 4.5 系统的整体控制方案56-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 控制系统及其软件程序设计58-74
• 5.1 数字信号控制器 dsPIC30F2023 的特性介绍58
• 5.2 控制电路的硬件设计58-62
• 5.2.1 控制电路的电源设计58-59
• 5.2.2 电压和电流采样电路的设计59
• 5.2.3 保护电路的设计59-60
• 5.2.4 通信接口电路的设计60-61
• 5.2.5 驱动电路的设计61-62
• 5.3 ZigBee 技术介绍62-64
• 5.3.1 ZigBee 技术概述62
• 5.3.2 无线通信系统网络总体结构和硬件设计62-63
• 5.3.3 ZigBee 软件程序设计63-64
• 5.4 软件程序和相关控制算法设计64-73
• 5.4.1 主程序64-65
• 5.4.2 AD 采样模块65-66
• 5.4.3 PI 调节器的数字控制算法及参数整定66-70
• 5.4.4 数字算法实现的电流均衡控制70-71
• 5.4.5 直流微网中光伏发电远程监控系统的实现71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 结论与展望74-76
• 6.1 工作总结74-75
• 6.2 工作展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文81

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