基于多输入直流变换器的光伏与市电联合供电系统的研究

【摘要】：为了缓解能源危机和环境问题,新能源的开发利用越来越受到人们的重视。但一些新能源受到自身的和环境的各种因素制约,具有供电不连续、不稳定等缺点。可以利用新能源各自具有的特性和各种新能源之间的联系,将多种新能源发电形式组合起来构成新能源联合供电系统,并对这些能源形式进行合理的能量分配,便可使系统更加稳定和连续,还可实现能源的优化利用。在新能源联合供电系统中,使用单个多输入直流变换器(Multiple-Input Converter,MIC),而不是以往的多个单输入直流变换器,如此可以简化系统结构和降低系统成本。太阳能作为一种具有无限免费资源的可再生清洁能源,现已受到世界各国学者的广泛研究。在易于获得的地区,市电作为一种稳定的能源,非常适合作为太阳能的补充能源来弥补太阳能受外界环境限制大的缺点。本文由联合供电系统的概念引入到多输入直流变换器,首先介绍了多输入直流变换器的基本结构和组成单元,然后由这些组成单元按照一些级联规则得到了各种类型的MIC电路。然后本文以双输入Buck变换器作为例子,分析了此类MIC的基本原理和电路特性,并给出了基于光伏与市电联合供电系统的能量管理策略。该变换器具有电路简单、控制灵活、两路输入源可以同时给负载供电的优点。为了实现太阳能电池和市电之间的能量合理分配,就需要弄清楚二者的工作特性。本文介绍了太阳能电池的工作原理和工作特性,对太阳能电池进行了数学建模,并在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,并结合市电搭建了基于双输入Buck变换器的光伏与市电联合供电系统的仿真模型。为了实现太阳能电池的优先利用,能量管理在新能源联合供电系统中是必不可少的。能量管理的核心思想为使系统工作在三种工作模式下,使负载尽可能多地使用太阳能电池所提供的能量,剩余能量由市电补充。本文结合双输入Buck变换器,采用两个调节器,一个调节太阳能电池的功率使其以最大功率输出,另外一个调节输出电压使其稳定在额定电压。本文最后搭建了一台200W的基于双输入Buck变换器的光伏与市电联合供电系统进行了实验验证,实验结果验证了系统的工作原理是正确的,所采用的能量管理策略也是合理的。 【关键词】：新能源联合供电 多输入直流变换器 太阳能电池 能量管理
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46;TM72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 能源现状11
• 1.2 新能源发电技术11-13
• 1.3 新能源联合供电系统13-15
• 1.3.1 新能源联合供电系统的提出13
• 1.3.2 新能源联合供电系统的应用13-14
• 1.3.3 新能源联合供电系统结构14-15
• 1.4 新能源联合供电系统的主要研究内容15-16
• 1.4.1 多输入直流变换器15-16
• 1.4.2 能量管理策略16
• 1.5 本文的研究内容和意义16-18
• 1.5.1 研究内容16-17
• 1.5.2 研究意义17-18
• 第二章 多输入直流变换器18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 多输入直流变换器的基本结构18-19
• 2.3 多输入直流变换器的基本单元19-21
• 2.3.1 脉冲源单元19-21
• 2.3.2 输出滤波器21
• 2.4 多输入直流变换器电路拓扑的生成规则21-23
• 2.4.1 脉冲源单元之间的连接规则22-23
• 2.4.2 脉冲源单元和输出滤波器的连接规则23
• 2.5 多输入直流变换器电路拓扑的生成23-27
• 2.6 多输入直流变换器电路拓扑的简化27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 太阳能电池及其最大功率跟踪29-35
• 3.1 引言29
• 3.2 太阳能电池29-32
• 3.2.1 太阳能电池的工作原理29
• 3.2.2 太阳能电池的等效模型及输出特性29-32
• 3.3 常用最大功率跟踪控制方法32-34
• 3.3.1 最大功率跟踪的概念32
• 3.3.2 最大功率跟踪的原理32-33
• 3.3.3 最大功率跟踪的算法33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 双输入Buck变换器35-49
• 4.1 引言35
• 4.2 双输入Buck变换器的工作原理35-37
• 4.3 驱动信号的相位差与电感电流脉动的关系37-45
• 4.3.1 占空比之和小于 137-41
• 4.3.2 占空比之和大于 141-45
• 4.4 太阳能电池最大功率跟踪在双输入Buck变换器中的应用45-46
• 4.5 能量管理46-48
• 4.5.1 能量管理思想46
• 4.5.2 系统工作模式46
• 4.5.3 能量管理策略46-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第五章 联合供电系统的仿真与实验49-67
• 5.1 引言49
• 5.2 系统性能指标49
• 5.3 系统整体设计49-50
• 5.4 主电路参数设计50-52
• 5.4.1 功率器件的选择50-51
• 5.4.2 滤波电感的计算51
• 5.4.3 滤波电容的计算51-52
• 5.5 采样和驱动电路设计52-53
• 5.5.1 采样电路52
• 5.5.2 驱动电路52-53
• 5.6 控制系统设计53-56
• 5.6.1 控制硬件设计53-55
• 5.6.2 控制软件设计55-56
• 5.7 系统的仿真实验56-62
• 5.8 系统的实验验证62-66
• 5.9 本章小结66-67
• 第六章 总结及展望67-69
• 6.1 本文主要工作67
• 6.2 展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士期间取得的成果73-74

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