采用高升压比DC-DC电路的多单元结构光伏系统研究

【摘要】： 随着世界各国面临的能源危机和环境污染越来越严重,可再生能源的利用也越来越受到人们的重视,太阳能光伏发电是可再生能源利用的一个很重要的研究方向,本文就是基于这种情况对太阳能光伏并网系统进行了理论、仿真和实验研究。 论文首先对单模块光伏并网系统的各种常用拓扑进行了比较,选择了两级式光伏并网拓扑作为研究对象。又因为太阳能电池的输出电压比较低,不能满足后级逆变器的要求,因此选择了三种高升压比DC-DC升压电路进行研究,对其进行了工作原理分析和仿真实验,提出了一种应用高升压比DC-DC电路的单模块两级式光伏并网拓扑,并且介绍了基于高升压比DC-DC电路的最大功率点跟踪控制。 对单模块两级式光伏并网系统进行了理论研究,分别对应用单电感滤波和LCL滤波的并网逆变器进行了数学建模、理论分析和应用Matlab/Simulink软件的仿真实验。对应用电网电压前馈控制方法的闭环控制策略进行了研究,并且介绍了闭环系统控制参数的整定方法。最后对应用高升压比DC-DC电路的两级式光伏并网系统进行了仿真。 针对太阳能光伏电站等集中式光伏发电系统,单模块光伏并网系统不能满足功率要求,因此本文提出了几种多单元光伏并网系统拓扑,包括电压型等幅和不等幅多电平叠加、电流型等幅和不等幅多电平叠加,对它们进行了理论分析和仿真研究,并且对提出的几种多单元拓扑进行了横向比较。同时对另一种多单元拓扑SPWM并联方法进行了理论和仿真研究。 本文还对应用高升压比DC-DC电路的多单元光伏并网系统进行了硬件和软件设计,其中硬件电路包括功率主电路、控制电路、驱动电路、检测电路等;软件包括SPWM产生、锁相环等。论文最后对设计的单模块光伏并网系统进行了实验验证,得出的实验波形验证了理论分析和仿真实验的正确性和有效性,同时对实验中取得的调试经验进行了总结。 【关键词】：光伏并网 高升压比 LCL滤波 多单元系统
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题背景与研究意义10-11
• 1.2 光伏并网系统结构的研究现状11-13
• 1.2.1 单级式并网系统拓扑11-12
• 1.2.2 两级式并网系统拓扑12
• 1.2.3 多级式并网系统拓扑12-13
• 1.2.4 几种并网拓扑比较13
• 1.3 逆变器并联技术的研究现状13-19
• 1.3.1 无源逆变器并联的研究现状13-14
• 1.3.2 有源逆变器的研究现状14-17
• 1.3.3 多单元并网逆变系统的研究现状17-19
• 1.4 主要研究内容19-21
• 第2章 单模块光伏并网系统的分析和仿真研究21-43
• 2.1 前级DC-DC升压电路分析22-30
• 2.1.1 普通BOOST升压电路拓扑与工作原理22-23
• 2.1.2 高升压比DC-DC变换器工作原理与仿真分析23-27
• 2.1.3 基于高升压比DC-DC变换器的最大功率点控制研究27-30
• 2.2 采用单电感滤波器的并网逆变器研究30-35
• 2.2.1 采用单电感滤波器的并网逆变器建模31-34
• 2.2.2 电网电压前馈的控制方式34
• 2.2.3 闭环控制系统PI调节参数的整定34-35
• 2.3 采用LCL滤波器的并网逆变器研究35-39
• 2.3.1 采用LCL滤波器的并网逆变器建模36-37
• 2.3.2 单电感滤波器和LCL滤波器的比较37-39
• 2.4 单模块光伏并网系统仿真39-42
• 2.5 本章小结42-43
• 第3章 多单元光伏并网系统的分析43-56
• 3.1 电压型多电平叠加多单元并网系统43-48
• 3.1.1 电压型等幅多电平叠加研究43-46
• 3.1.2 电压型不等幅多电平叠加研究46-47
• 3.1.3 等幅和不等幅多电平叠加的比较47-48
• 3.2 电流型多电平叠加多单元并网系统48-50
• 3.2.1 电流型等幅多电平叠加研究48-50
• 3.2.2 电流型不等幅和等幅多电平叠加比较50
• 3.3 电压型和电流型多电平叠加比较50-52
• 3.4 采用SPWM控制方法的多单元并网系统52-55
• 3.4.1 输入电压波动时并联系统的控制53
• 3.4.2 两单元SPWM逆变系统仿真分析53-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第4章 光伏并网系统的硬件和软件设计56-74
• 4.1 光伏并网系统功率电路硬件设计56-62
• 4.1.1 高升压比DC-DC变换器硬件设计56-59
• 4.1.2 单相全桥逆变器硬件设计59-60
• 4.1.3 LCL滤波器设计60-62
• 4.2 控制电路和检测电路硬件设计62-69
• 4.2.1 以XE164 为核心的控制电路设计62-63
• 4.2.2 驱动电路的设计63-66
• 4.2.3 检测电路设计66-68
• 4.2.4 控制电路供电电源设计68-69
• 4.3 光伏并网系统软件设计69-74
• 4.3.1 主程序、SPWM和AD转换子程序70-71
• 4.3.2 最大功率点跟踪程序设计71-72
• 4.3.3 锁相环设计72-73
• 4.3.4 本章小结73-74
• 第5章 实验结果与实验结果分析74-78
• 5.1 控制和驱动电路实验波形74-75
• 5.2 光伏并网系统并网波形75-77
• 5.3 实验结果分析77
• 5.4 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-83
• 附录83-85
• 攻读学位期间发表的学术论文85-86
• 致谢86

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