基于双向DC/DC变换的户用型光伏发电系统研究

【摘要】： 随着全球经济的发展,能源问题日益尖锐,越来越多的国家开始关注能源利用及转换效率的问题。光伏发电具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,因而光伏发电技术得到广泛应用。特别是能为偏远地区用户提供电力的独立光伏发电系统成为国家研究的重点。 我国发展独立型太阳能发电系统具有独特的优势。国内目前的无电区大都处于太阳能资源丰富的西部地区和东南部海岛。这些地区太阳能辐射总量大,年平均日照时间长,因此建设太阳能发电站年发电量高,从而大幅度降低太阳能发电成本。在迫切需要电力的边远地区,独立光伏发电技术已被大量应用,并且在这些地区比常规电网技术更具竞争力。 户用型光伏发电系统是通过光伏电池将太阳能转化为电能,一部分电通过逆变器将直流电变为与交流电,给交流负载(包括电视机,电冰箱等)工作;另一部分多余的电通过双向DC/DC变换器给蓄电池充电,等需要时再由蓄电池给负载供电。 课题在对太阳能电池特性分析的基础上,分析比较了各种最大功率跟踪(Maximum Power Point Track)方法,然后对双向DC/DC变换器及其软开关技术,以及蓄电池充放电管理进行了深入研究。最后设计出一套户用型光伏发电系统。系统以TMS320F2812为控制核心,采用零电压开关相移控制实现双向DC/DC软开关控制,通过高效蓄电池充放电控制策略实现了电源的智能管理。最后给出了仿真与实验结果,结果显示系统运行可达到所要求的性能指标。 【关键词】：光伏发电 最大功率跟踪 双向DC/DC变换 软开关 蓄电池充放电控制 电源管理
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 太阳能光伏发电技术8
• 1.2 国内外太阳能产业现状8-9
• 1.3 光伏发电系统整体结构9-10
• 1.4 户用型光伏发电系统方案设计10-13
• 1.4.1 需求分析10-11
• 1.4.2 系统性能要求分析11
• 1.4.3 户用型光伏发电系统总体结构11-13
• 1.5 课题研究内容及任务13-14
• 第二章 光伏发电基本特性分析14-20
• 2.1 光伏发电的基本原理14-15
• 2.2 光伏电池的电气特性15-17
• 2.2.1 光伏电池I-V 特性曲线15-16
• 2.2.2 光伏结温和日照强度对太阳电池输出特性的影响16-17
• 2.3 光伏电池最大功率点跟踪17-19
• 2.3.1 定电压跟踪法17
• 2.3.2 直线近似法17-18
• 2.3.3 电导增量法18
• 2.3.4 扰动观察法18-19
• 2.3.5 神经网络预测法19
• 2.4 小结19-20
• 第三章 光伏发电用双向DC/DC 变换器选择20-32
• 3.1 双向DC/DC 变换器简介20
• 3.2 双向DC/DC 变换器的应用20-21
• 3.3 双向DC/DC 变换器拓扑的研究21-23
• 3.3.1 Buck/Boost 双向DC/DC 变换器21-22
• 3.3.2 Buck/Buck 双向DC/DC 变换器22
• 3.3.3 Buck-Boost 双向DC/DC 变换器22
• 3.3.4 Cuk 双向DC/DC 变换器22-23
• 3.3.5 其他双向DC/DC 变换器23
• 3.4 双向DC/DC 变换器软开关技术研究现状23-27
• 3.4.1 谐振类双向DC/DC 变换器24-25
• 3.4.2 准方波零电压开关PWM 双向DC/DC 变换器25
• 3.4.3 无源缓冲器类双向DC/DC 变换器25
• 3.4.4 有源缓冲器类双向DC/DC 变换器25-26
• 3.4.5 有源箝位类的双向DC/DC 变换器26-27
• 3.5 双向DC/DC 变换器设计27-31
• 3.5.1 零电压开关相移控制双向DC/DC 变换器27
• 3.5.2 工作原理27-29
• 3.5.3 模态分析29
• 3.5.4 移相式BDC 调压29-30
• 3.5.5 零电压开关分析30-31
• 3.6 小结31-32
• 第四章 蓄电池充放电管理研究32-44
• 4.1 影响蓄电池使用寿命的主要因素32
• 4.2 光伏系统蓄电池的特殊性32-33
• 4.3 蓄电池剩余容量预测技术33-36
• 4.3.1 测量内阻（电导）法34
• 4.3.2 安时法34-35
• 4.3.3 电压法35
• 4.3.4 组合方法35-36
• 4.3.5 模糊网络预测法36
• 4.4 光伏发电用蓄电池充放电管理研究36-40
• 4.4.1 蓄电池充电管理36-39
• 4.4.2 蓄电池放电管理39-40
• 4.5 光伏发电蓄电池充放电管理子系统设计40-43
• 4.5.1 高效快速充电控制40-42
• 4.5.2 合理的充放电管理模式42-43
• 4.6 小结43-44
• 第五章 系统硬件设计44-55
• 5.1 主电路设计44-45
• 5.2 控制电路设计45-47
• 5.2.1 TMS320F2812 功能介绍45-46
• 5.2.2 控制电路结构46-47
• 5.3 驱动电路设计47-48
• 5.3.1 MOSFET 驱动电路47-48
• 5.3.2 继电器驱动电路48
• 5.4 检测电路设计48-52
• 5.4.1 输入电压检测电路48-49
• 5.4.2 输出电压检测电路49-50
• 5.4.3 输出电流采样电路50
• 5.4.4 蓄电池参数检测电路50-52
• 5.5 主要参数设计52-54
• 5.6 小结54-55
• 第六章 系统软件设计55-60
• 6.1 主程序55
• 6.2 最大功率点跟踪程序55-57
• 6.3 定时器中断子程序57
• 6.4 逆变部分SPWM 脉冲发生子程序57-58
• 6.5 蓄电池充电管理58-59
• 6.6 控制系统软件抗干扰措施59
• 6.7 小结59-60
• 第七章 实验与仿真结果分析60-68
• 7.1 MPPT 仿真结果与分析60-61
• 7.2 双向DC/DC 变换器仿真61-65
• 7.2.1 电流正向流动仿真61-64
• 7.2.2 电流反向传输仿真64-65
• 7.3 系统实验65-67
• 7.4 小结67-68
• 总结与展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-74
• 附录74-78

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