光伏系统平衡部件关键技术和问题的研究

【摘要】：随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,太阳能利用受到世界各国的普遍关注,而太阳能光伏发电是太阳能利用的主要发展趋势,必将得到快速的发展。近几年,国家新能源政策的逐步深入和光伏制造业产业链的日趋完善极大地推动了我国太阳能光伏发电行业的发展。本文就是在此背景下,对光伏发电系统中的平衡部件进行了研究,具有重要的现实意义。 本文首先分析了光伏电池输出特性及光伏发电系统平衡部件的要求,并针对目前光伏发电系统中传统的DC-DC变换器的不足,结合光伏发电系统对DC-DC变换器性能指标的要求,设计了一种新型的具有升降压功能的双向交错式并联DC-DC变换器,阐述了DC-DC变换器关键元件参数的选取和控制器的设计,实验结果表明该DC-DC变换器具有较高的效率和良好的静动态性能。 其次,在研究蓄电池充放电原理的基础上,分析了蓄电池作为光伏发电系统储能元件的充电策略,并针对传统充电策略的缺点,提出了一种安全高效的改进型智能充电策略,该策略能延长电池寿命并具有较快的充电速度 最后,以多电平技术为基础,分析了传统三电平逆变器的中点电位不平衡的原因,设计了一种新的拓扑结构,仿真和实验结果表明该拓扑能极大地改善三电平逆变器中点电位不平衡问题。 本文搭建了一套由光伏电池、蓄电池、充放电管理电路、三电平逆变电路组成的光伏发电系统实验平台,测试结果表明文中设计的光伏发电系统结构合理、电能转换效率高、电能质量好。本论文的研究为光伏发电系统进一步推广应用奠定了坚实的基础。 【关键词】：光伏系统 双向交错式DC-DC变换器 蓄电池 充电策略 三电平逆变器
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 太阳能发电的背景和发展趋势7-8
• 1.2 光伏发电的研究现状8-11
• 1.2.1 光伏发电在国内外市场发展现状8-9
• 1.2.2 光伏电池的发展现状9-10
• 1.2.3 光伏系统平衡部件的发展现状10-11
• 1.3 论文的主要工作11-13
• 第二章 光伏电池的建模与仿真13-29
• 2.1 光伏电池工作原理13-18
• 2.1.1 光伏电池的短路电流与开路电压15-16
• 2.1.2 光伏电池的等效电路16-18
• 2.2 光伏电池输出特性18-20
• 2.2.1 影响光伏电池输出性能的因素19-20
• 2.3 光伏电池的建模与仿真20-23
• 2.4 光伏电池最大功率点跟踪技术23-28
• 2.4.1 光伏系统最大功率点跟踪原理23-24
• 2.4.2 常用最大功率点跟踪技术及比较24-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 光伏系统直直变换电路及其控制29-48
• 3.1 光伏直直变换电路的基本原理29-33
• 3.1.1 Buck变换电路的工作原理30-31
• 3.1.2 Boost变换电路的工作原理31-32
• 3.1.3 Buck-Boost变换电路的工作原理32
• 3.1.4 Cuk变换电路的工作原理32-33
• 3.2 双向交错式直直变换电路的基本原理33-39
• 3.2.1 光伏发电能量管理系统的状态选择33-34
• 3.2.2 双向交错式并联型直直变换器34-37
• 3.2.3 直直变换器参数的计算与选取37-39
• 3.3 光伏系统中直直变换器的建模与仿真39-47
• 3.3.1 用于MPPT的升压型直直变换器的建模与仿真40-41
• 3.3.2 升压直直变换器的增量电导法实现MPPT41-46
• 3.3.3 双向并联型直直变换器的建模与仿真46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 光伏系统中蓄电池充放电技术48-59
• 4.1 蓄电池充放电基本原理48-50
• 4.1.1 铅酸蓄电池的基本原理48-49
• 4.1.2 光伏发电系统蓄电池充放电技术49-50
• 4.2 光伏系统中蓄电池的快速充电技术50-53
• 4.2.1 光伏系统中蓄电池快速充电技术51-52
• 4.2.2 一种适用于光伏系统改进的快速充电技术52-53
• 4.3 光伏系统中蓄电池的SoC估计53-55
• 4.4 光伏系统中蓄电池的充电实验55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 光伏发电系统中逆变器的研究与实现59-69
• 5.1 光伏发电系统三电平逆变器基本原理59-64
• 5.1.1 三电平逆变器的工作原理59-61
• 5.1.2 三电平逆变器的载波PWM控制策略61-62
• 5.1.3 三电平逆变器的仿真研究62-64
• 5.2 光伏发电系统三电平逆变器中点电位的研究64-68
• 5.2.1 三电平逆变器中点电压的波动64-66
• 5.2.2 新型三电平逆变器前级电压平衡部件66-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 光伏发电系统部分系统实现69-76
• 6.1 系统控制电路的设计与实现69-70
• 6.2 系统主电路的设计与实现70-75
• 6.2.1 系统直直变换电路相关器件选型70-71
• 6.2.2 系统三电平逆变电路相关器件选型71
• 6.2.3 系统各部分电路的制作及测试71-75
• 6.3 本章小结75-76
• 第七章 总结与展望76-78
• 7.1 总结76-77
• 7.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士期间发表学术论文和参与科研项目及成果83

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