光伏发电系统效率优化问题的研究

【摘要】： 光伏发电技术和产业在当今能源危机的形势下,得到了快速地发展。虽然光伏发电系统运行的关键性技术日渐成熟,但成本高、效率低等特点严重制约其广泛发展与应用。因此如何提高光伏发电系统的效率,从而降低开发成本,日渐成为国内外光伏专家研究的热点。 本文以提高光伏发电系统的效率为目的,分别从影响光伏发电系统效率的两个主要因素:对光伏阵列最大功率点跟踪方法与采用高频链逆变技术的光伏逆变器等方面进行深入研究。 光伏阵列输出特性,是光伏发电系统研究中的最基本问题,本文分别提出了基于物理机制和基于外特性的光伏阵列仿真模型,为实现器件级和系统级仿真、指导理论研究和为研究最大功率跟踪方法提供准确、可靠的仿真模型。 最大功率点跟踪(MPPT)方法是光伏发电系统中提高效率的重要手段。本文在分析介绍恒电压跟踪(CVT)方法和常见MPPT方法的基础上,针对常用传统功率扰动法(PO)存在误判问题,提出一种改进的MPPT方法—dP-PO方法。应用该改进方法的光伏发电系统可以稳定、高效地追踪光伏阵列最大功率点;同时在太阳辐照强度发生激烈变化时,能避免系统产生误判现象,保证系统稳定、可靠运行,表现出良好的动态特性。理论分析和仿真结果证明,这种改进的MPPT方法在光伏发电系统中具有重要的理论意义和实用价值。 在光伏发电系统中使用高频链逆变器替代传统低频逆变器、采用高频逆变技术,也是提高系统效率的重要手段。本文对全桥高频链逆变电路进行研究,设计主电路与控制电路,制作出容量为200VA的试验样机并采用TMS320LF2407实现其控制。实验结果证明,系统输出外特性平直,输出正弦电压失真度小。 对全桥电流源高频链逆变器进行损耗分析,推导出各部件损耗计算公式,计算出输出不同功率时损耗分布变化,计算结果与实验数据基本吻合,证明计算方法的正确性。通过对损耗分析说明,在电路拓扑确定的情况下,提高效率可以采用降低功率管的电流峰值和有效值,减小绕组和MOSFET的导通电阻等手段,为进一步提高逆变器效率提供可靠的数据基础与理论依据。 【关键词】：光伏发电系统 最大功率跟踪(MPPT) 高频链逆变器 全桥高频链逆变电路 TMS320LF2407控制 损耗计算 损耗分析
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 光伏发电系统研究的背景与意义11-13
• 1.1.1 中国乃至于世界均面临能源危机11-12
• 1.1.2 太阳能是人类可直接利用最清洁能源之一12-13
• 1.2 光伏发电事业现状13-14
• 1.2.1 国外光伏发电事业发展现状13-14
• 1.2.2 国内光伏发电事业发展现状14
• 1.3 光伏发电系统及存在问题14-17
• 1.3.1 光伏发电系统构成15-16
• 1.3.2 光伏发电系统分类16-17
• 1.3.3 光伏发电系统存在效率低的问题17
• 1.4 本论文的主要工作内容17-19
• 2 光伏阵列最大功率点跟踪方法研究19-44
• 2.1 光伏电池的仿真模型19-25
• 2.1.1 光伏电池的等效模型19-20
• 2.1.2 基于物理机制的光伏阵列仿真模型20-21
• 2.1.3 基于外特性的光伏阵列仿真模型21-23
• 2.1.4 光伏电池的电气特性23-25
• 2.2 光伏电池最大功率点跟踪方法25-33
• 2.2.1 恒电压控制法26-27
• 2.2.2 增量电导法27-29
• 2.2.3 开路电压29
• 2.2.4 扰动观测法29-31
• 2.2.5 三点重心比较法31-33
• 2.3 应用于单级式光伏并网发电系统改进的MPPT方法研究33-42
• 2.3.1 单级式光伏并网发电系统的构成33
• 2.3.2 单级式光伏并网系统控制原理33-34
• 2.3.3 单级式光伏并网发电系统改进的MPPT方法34-36
• 2.3.4 仿真分析36-42
• 2.3.4.1 传统扰动观测法与改进MPPT方法仿真分析36-40
• 2.3.4.2 应用dP-P&O方法的单级光伏并网发电系统仿真分析40-42
• 2.4 本章小结42-44
• 3 高频链逆变技术44-50
• 3.1 传统逆变技术44-45
• 3.2 高频链逆变技术45-46
• 3.3 高频链逆变技术分类及特点46-49
• 3.3.1 电压源型高频链逆变电路46-48
• 3.3.2 电流源型高频链逆变电路48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 单级全桥高频链光伏逆变器设计与实现50-75
• 4.1 全桥电流源高频链逆变器电路拓扑及工作原理50-52
• 4.2 全桥电流源高频链逆变器控制原理52-53
• 4.3 全桥电流源高频链逆变器硬件电路的设计53-58
• 4.3.1 全桥电流源高频链逆变器功率主电路硬件设计53-58
• 4.3.1.1 高频变压器的设计53-54
• 4.3.1.2 功率器件的选取54
• 4.3.1.3 滤波电路的设计54-56
• 4.3.1.4 功率器件吸收电路的设计56-57
• 4.3.1.5 硬件主电路抗干扰措施57-58
• 4.3.2 全桥电流源高频链逆变器驱动电路硬件设计58
• 4.4 全桥高频链逆变器软件控制58-60
• 4.5 仿真与实验结果60-66
• 4.5.1 仿真波形61-63
• 4.5.2 实验波形63-66
• 4.6 全桥高频链逆变电路损耗分析66-74
• 4.6.1 公式推导66-70
• 4.6.2 损耗计算70-71
• 4.6.3 损耗分布71-74
• 4.7 本章小结74-75
• 5 结论75-77
• 5.1 全文总结75
• 5.2 进一步完善的工作75-77
• 参考文献77-80
• 作者简历80-82
• 学位论文数据集82

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