多模块组合式光伏发电前级系统研究

【摘要】：以光伏电站及光伏建筑一体化为代表的大规模并网发电已成为光伏发电的主流方向。多模块组合式光伏发电系统可以有效地解决光伏组件失配问题,具有系统运行效率高、构建及扩容灵活、便于监控及管理等优点,在组件安装灵活、环境差异较大的光伏建筑一体化场合具有良好的应用前景。 研究三种直流模块式光伏发电系统结构,通过理论分析评估各种模块式结构的性能,最终采用并联直流模块式结构。设计并联直流模块式光伏发电系统结构,从前级直流系统角度探讨并网及孤岛情况下的系统运行模式,提出对前级直流模块的设计要求。 研究前级DC/DC变换器拓扑优选的基本原则,提出将有源箝位交错并联Flyback-Boost变换器作为并联直流模块拓扑。分析变换器的工作原理,进行电路参数的设计,并通过仿真进行验证。仿真结果表明变换器工作正常,具有较高的电压增益,并可以实现输入电流的均流、无损吸收漏感能量及开关管的零电压开通。 通过理论分析建立太阳电池工程实用模型,并采用实验及仿真手段验证模型的准确性。在此基础上,研究光伏发电系统最大功率点跟踪算法,分析对比两种常用的自寻优算法。针对定步长算法存在跟踪精度及跟踪速度之间的矛盾,提出基于变步长的改进电导增量法,将其作为前级直流模块的最大功率点跟踪算法。仿真结果表明新算法在保证跟踪精度的同时具有较快地跟踪速度,跟踪效果较好。 设计并制作并联直流模块式光伏发电系统直流模块样机,采用DSP TMS320F28035实现直流模块的数字化控制,完成功率变换、光伏组件最大功率点跟踪以及运行数据的采集与监控等功能。对多模块组合式光伏发电系统进行实验研究,具体包括：前级直流变换器功能及效率实验、直流模块MPPT实验、多模块并联系统实验等。实验结果表明直流模块工作正常,具有较高的变换效率,在系统启动及环境发生变化时均可实现最大功率点跟踪；并联直流模块式光伏发电前级系统在直流母线电压恒定及浮动两种模式下均可稳定运行。 【关键词】：多模块组合式 光伏发电 前级系统 最大功率点跟踪 有源箝位 交错并联Flyback-Boost变换器
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 研究背景和意义11
• 1.2 光伏发电技术发展现状11-16
• 1.2.1 光伏发电系统结构发展现状11-14
• 1.2.2 最大功率点跟踪技术研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 2 多模块组合式光伏发电系统结构研究17-28
• 2.1 失配情况下光伏阵列能量损失分析17-20
• 2.2 直流模块式光伏发电系统性能评估20-24
• 2.2.1 串联直流模块式结构21-22
• 2.2.2 旁路直流模块式结构22
• 2.2.3 并联直流模块式结构22-23
• 2.2.4 三种直流模块式结构性能比较23-24
• 2.3 并联直流模块式光伏发电系统设计与分析24-27
• 2.3.1 并联直流模块式系统结构设计24-25
• 2.3.2 并联直流模块式系统运行模式分析25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 并联直流模块式系统前级变换器拓扑研究28-45
• 3.1 前级DC/DC变换器拓扑优选28-29
• 3.2 有源箝位交错并联Flyback-Boost变换器原理分析29-36
• 3.2.1 交错并联反激变换器特性分析30
• 3.2.2 引入耦合绕组后变换器换流过程分析30-32
• 3.2.3 采用有源箝位后变换器工作模态分析32-36
• 3.3 变换器参数设计及关键工作波形仿真分析36-44
• 3.3.1 电压增益分析37
• 3.3.2 励磁电感及漏感电流分析37-39
• 3.3.3 箝位电容电压分析39-40
• 3.3.4 开关管零电压开通分析40-41
• 3.3.5 开关管电压电流应力分析41-43
• 3.3.6 输出二极管电压电流应力分析43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 光伏发电最大功率点跟踪技术研究45-61
• 4.1 太阳电池工程实用模型及误差分析45-51
• 4.1.1 太阳电池理论数学模型45-47
• 4.1.2 太阳电池工程实用模型及测试47-49
• 4.1.3 工程实用模型误差分析49-51
• 4.2 两种自寻优MPPT算法对比分析51-57
• 4.2.1 MPPT基本原理与仿真模型51-52
• 4.2.2 扰动观察法实现及分析52-54
• 4.2.3 电导增量法实现及分析54-57
• 4.3 基于变步长的改进电导增量法57-60
• 4.3.1 基于变步长的改进电导增量法实现原理57-58
• 4.3.2 新算法跟踪效果仿真分析58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5 并联直流模块式光伏发电系统直流模块设计61-79
• 5.1 直流模块硬件设计61-73
• 5.1.1 直流变换器电路设计62-64
• 5.1.2 MOSFET驱动电路设计64-65
• 5.1.3 隔离采样电路设计65-68
• 5.1.4 辅助电源电路设计68-70
• 5.1.5 DSP控制电路设计70-73
• 5.2 直流模块软件设计73-78
• 5.2.1 MPPT程序设计74-77
• 5.2.2 RS485通信程序设计77-78
• 5.3 本章小结78-79
• 6 实验与结果分析79-88
• 6.1 实验环境构建79-81
• 6.2 直流变换器功能实验81-84
• 6.3 直流变换器效率实验84-85
• 6.4 直流模块MPPT实验85-86
• 6.5 多模块并联系统实验86-87
• 6.6 本章小结87-88
• 7 结论88-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-94
• 附录A94-96
• 附录B96-102

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