光伏离网发电系统控制策略的研究

【摘要】：当今世界随着能源危机的愈加严峻,各国都大力发展各种新能源,这其中尤以光伏太阳能以其取之不尽用之不竭的特点广受各国重视。光伏逆变器是开发太阳能中极为重要的一环,分离网逆变器与并网逆变器两种。光伏离网逆变器储存能量,逆变成交流电供给用电器,适用于户外、偏远地区以及小型独立式光伏发电,具有不可替代的作用。论文选用技术成熟,成本低廉,电动势高的铅酸电池作为光伏太阳能储能设备,再将蓄电池的直流低压逆变为普通用电器使用的交流电压。系统主要分蓄电池充电和离网逆变器两大部分。鉴于论文设计蓄电池容量较低,光伏太阳能板功率也较小,故采用脉冲式多阶段智能充电技术,也可以通过外接合适规格的恒流适配器给蓄电池充电。离网逆变器分推挽升压和全桥逆变两级拓扑结构,详细分析了主电路工作原理,确立了变压器等关键功率器件设计步骤,并且分析不同设计出发点对系统性能的影响,分析了采样电路、驱动电路、各种保护电路设计的原理。系统采用双MCU控制方式,前级MCU主要实现蓄电池充电控制功能,后级MCU实现交流逆变功能。确立了详细的充电软件设计流程图,实现多阶段智能管理蓄电池充电,发生故障时能够快速实现各种保护功能。全桥逆变软件设计采用单极性调制与单极性倍频调制两种方法,详细分析了两种不同调制模式下SPWM波形产生的原理与控制的策略,给出了详细的逆变软件设计流程图。搭建光伏离网发电系统测试平台,分系统基本功能测试、温升效率测试以及电磁兼容安规测试三大方面对系统进行了详细的试验。试验表明:系统充电功能完善,输出交流稳定,各关键节点波形良好,各路保护功能完善,输出带载能力强,证明了软件控制策略的有效性;通过不断改进设计,长时间煲机温升良好,效率最高可达90%,电磁兼容性也有一定程度改善,证明了系统软硬件设计的合理性与可靠性。 【关键词】：蓄电池充电管理 推挽升压 离网逆变器 SPWM调制 双MCU控制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 符号表8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 纯正弦波逆变器的研究背景及意义12-14
• 1.2 蓄电池储能技术的研究背景及意义14
• 1.3 光伏离网发电系统研究现状14-18
• 1.3.1 主要拓扑结构及控制策略的国内外研究现状14-16
• 1.3.2 光伏离网发电系统产品的主要性能指标及发展状况16-18
• 1.4 本课题的主要研究内容和技术难点18-20
• 1.4.1 主要研究内容18-19
• 1.4.2 主要技术难点19-20
• 第二章 光伏离网发电系统总体方案20-32
• 2.1 蓄电池充电管理20-24
• 2.1.1 光伏电源最大功率跟踪技术20-22
• 2.1.2 蓄电池多阶段智能充电技术22-24
• 2.2 离网逆变器主电路24-27
• 2.2.1 直流转换升压方案24-26
• 2.2.2 正弦波逆变方案26-27
• 2.3 正弦波逆变波形控制策略27-31
• 2.3.1 传统经典控制方法27-30
• 2.3.2 现代新型智能控制方法30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 光伏离网发电硬件系统32-57
• 3.1 多阶段智能蓄电池充电电路32-34
• 3.2 电源供电及USB输出电路34-38
• 3.2.1 多路输出反激式辅助电源分析34-36
• 3.2.2 基于Buck拓扑的USB输出电路分析36-38
• 3.3 主电路拓扑分析38-53
• 3.3.1 前级DC/DC推挽升压原理39-46
• 3.3.2 后级DC/AC全桥逆变基本原理46-50
• 3.3.3 主要功率开关管的选取50-51
• 3.3.4 输入滤波电容及直流母线电容的选取51
• 3.3.5 输出滤波电感电容的设计与分析51-52
• 3.3.6 电磁兼容的防护与分析52-53
• 3.4 控制及保护电路53-56
• 3.4.1 交流输出采样电路53-54
• 3.4.2 过欠压保护电路54
• 3.4.3 交流输出短路保护电路分析54-55
• 3.4.4 后级IGBT驱动分析55-56
• 3.4.5 LED液晶屏显示电路56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 光伏离网发电系统磁性器件设计与分析57-70
• 4.1 推挽升压变压器的设计与分析57-64
• 4.1.1 磁芯几何常数kg法57-61
• 4.1.2 磁芯面面积Ap法61-62
• 4.1.3 两种变压器设计方法总结62-64
• 4.2 断续模式下反激变换器的设计与分析64-68
• 4.3 连续模式下Buck电路电感设计与分析68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 光伏离网发电软件控制系统70-81
• 5.1 蓄电池充电管理软件70-72
• 5.2 后级全桥逆变软件设计与分析72-80
• 5.2.1 单极性SPWM调制73-75
• 5.2.2 单极性倍频SPWM调制75-77
• 5.2.3 全桥逆变软件总体结构分析77-80
• 5.3 本章小结80-81
• 第六章 光伏离网发电系统整机实验结果分析81-96
• 6.1 试验平台简介81-83
• 6.2 基本功能测试83-90
• 6.2.1 蓄电池充电电路测试84
• 6.2.2 前级推挽升压及辅助电源相关测试84-86
• 6.2.3 全桥逆变驱动及输出波形测试86-88
• 6.2.4 不同负载带载测试88-90
• 6.3 整机温升及逆变器效率测试90-94
• 6.3.1 整机温升测试及改进90-92
• 6.3.2 逆变器效率测试与改良92-94
• 6.4 电磁兼容及安规试验94-95
• 6.5 本章小结95-96
• 结论96-98
• 主要工作成果及总结96-97
• 后续工作展望97-98
• 参考文献98-104
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果104-105
• 致谢105-106
• 附件106

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