100kW太阳能并网变流器的研制

【摘要】： 随着全球性能源紧张和环境污染的加剧,世界各国都在积极寻找一种可持续发展且无污染的新能源。太阳能凭借其独特的优点受到人们高度重视。在太阳能众多应用中,太阳能并网发电正逐渐成为太阳能应用的主流。 太阳能并网发电系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能,再通过并网变流器将直流电变为与网电同频同相的交流电,并回馈电网。在阳光充足时,太阳能发出的电可供负载使用,而不需要网电提供;在阳光不充足或太阳能发电量达不到使用量时,由控制部分自动调节,通过网电给予补充。 太阳能并网发电系统的核心技术是并网变流器,其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响并网型系统的性能和投资。因此,本文主要研究适用于太阳能并网型发电系统的变流器。 本文首先提出了100kW太阳能并网变流器的系统设计方案,然后对变流器的工作原理和控制策略进行了深入的分析,最后详细介绍了并网变流器的主电路和控制电路以及系统软件设计。文中还对于常用太阳能电池阵列的最大功率点跟踪(MPPT)技术作了阐述并针对本设计提出了MPPT的实现方法。 试验表明:该系统较好的实现了本文方案中所提出的各项指标,控制方案简单可行,硬件电路设计合理,系统工作稳定可靠,性能良好。 【关键词】：太阳能 并网 变流器 最大功率点跟踪(MPPT) DSP
【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】：TM46;TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 太阳能发电系统分类12-15
• 1.2.1 太阳能独立发电系统12-13
• 1.2.2 太阳能并网发电系统13-15
• 1.3 论文的主要研究工作15-17
• 2 并网变流器系统设计17-23
• 2.1 变流器系统技术条件17
• 2.2 变流器的选择17-21
• 2.2.1 变流器能量变换结构的选择17-19
• 2.2.2 变流器控制方式的选择19-20
• 2.2.3 变流器交流侧滤波电路的选择20-21
• 2.3 变流器总体设计方案21-23
• 3 太阳能并网变流器工作原理与控制策略23-37
• 3.1 太阳能并网变流器的工作原理23-28
• 3.1.1 PWM整流器的基本原理23-25
• 3.1.2 单相PWM整流器的主电路结构及工作原理25-28
• 3.1.3 电压型三相PWM整流器主电路结构及工作原理28
• 3.2 太阳能并网变流器的控制策略28-37
• 3.2.1 电流控制29-33
• 3.2.2 电压控制33
• 3.2.3 双闭环控制系统设计33-37
• 4 太阳能电池阵列最大功率点跟踪37-47
• 4.1 太阳能电池输出特性37-39
• 4.1.1 太阳能电池等效电路及输出特性37-38
• 4.1.2 太阳能电池的温度特性和光电特性38-39
• 4.2 最大功率点跟踪方法的比较分析39-43
• 4.2.1 固定电压跟踪法(constant voltage tracking，CVT)40-41
• 4.2.2 扰动观察法41
• 4.2.3 间歇扫描法41-42
• 4.2.4 导纳微增法42-43
• 4.3 最大功率点跟踪(MPPT)的实现43-47
• 4.3.1 电流控制的导纳微增法43-44
• 4.3.2 最大功率点跟踪系统设计44-47
• 5 变流器主电路设计47-59
• 5.1 IGBT并联电路设计47-50
• 5.1.1 IGBT并联运行分析47-48
• 5.1.2 IGBT选型与功耗计算48-49
• 5.1.3 均流电感49-50
• 5.1.4 吸收电容50
• 5.2 直流支撑电容设计50-52
• 5.3 LCL滤波电路设计52-55
• 5.3.1 变流器侧电感L_153-54
• 5.3.2 滤波电容C_f54-55
• 5.3.3 网侧滤波电感L_255
• 5.4 其它器件参数设计与选型55-59
• 5.4.1 预充电电阻55-56
• 5.4.2 放电电阻56
• 5.4.3 变压器56-57
• 5.4.4 接触器57-59
• 6 变流器控制系统设计59-77
• 6.1 变流器控制系统硬件设计59-68
• 6.1.1 中央处理单元60-61
• 6.1.2 模拟信号检测与调理单元61-64
• 6.1.3 逻辑保护单元64-67
• 6.1.4 IGBT驱动单元67-68
• 6.2 硬件系统资源配置68-72
• 6.2.1 模拟量资源配置69
• 6.2.2 数字量资源配置69-71
• 6.2.3 其它量的资源配置71-72
• 6.3 系统软件设计72-77
• 6.3.1 软件系统结构图73-74
• 6.3.2 功能模块分类74-75
• 6.3.3 系统软件整体结构流程图75-77
• 7 实验及结果分析77-83
• 7.1 小功率无功并网实验77-78
• 7.2 满功率无功并网实验78-83
• 8 结论83-85
• 参考文献85-87
• 附录 A 100kW太阳能并网变流器外观图87-88
• 附录 B 100kW太阳能并网变流器内部结构图88-89
• 附录 C 100kW太阳能并网变流器实验测试图89-90
• 作者简历90-92
• 学位论文数据集92

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