独立光伏发电装置研究与系统设计

【摘要】：经济的发展使得人类对能源的需求激增，能源紧缺和环境污染问题日趋严重。开发和利用新能源已然成为世界各国的共识，因此，太阳能的天然和可无限利用的价值使其成为全世界瞩目的焦点。其中，独立光伏发电方式是太阳能利用的一种重要形式。本论文针对独立光伏发电系统进行装置研究和系统设计。 首先，论文从太阳能的利用和独立光伏发电产业的发展现状开始，对独立光伏发电系统进行概述，包括光伏阵列、功率变换器、储能元件的特性及最大功率点跟踪的控制方法。 其次，根据变换器的特点，确定光伏发电系统的主要结构和电路拓扑；选择Buck电路作为MPPT的实现电路，总结和对比多种最大功率点跟踪（MPPT）的控制方案,选择变步长干扰观测法作为本文设计的控制方法；在此基础上，建立DC/DC-DC/AC两级结构的独立光伏发电系统仿真模型，分别给出了推挽电路、逆变电路以及Buck电路的仿真模型和结果。 最后，在系统仿真设计的基础上，对独立光伏发电装置各部分电路的主拓扑结构、参数计算和功率器件的选择进行研究。光伏发电装置主要包括功率部分和控制部分。功率部分包括Buck电路、前级DC/DC推挽升压电路、和后级DC/AC全桥逆变电路。控制部分主要包括逆变驱动电路、推挽控制电路、MPPT控制电路、蓄电池控制回路和辅助电源电路。由单片机实现MPPT控制的软件设计。最大功率跟踪的测试数据验证了MPPT控制的可行性，实验装置的输出结果是标准的正弦电压。 【关键词】：光伏逆变 推挽电路 Buck MPPT
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-17
• 1.1 太阳能的应用及特点10-11
• 1.2 光伏产业的发展现状11-13
• 1.2.1 国外光伏产业的发展现状11-12
• 1.2.2 国内光伏产业的发展现状12-13
• 1.3 光伏发电系统的分类13-15
• 1.3.1 独立光伏发电系统13
• 1.3.2 光伏并网发电系统13-14
• 1.3.3 混合型光伏发电系统14-15
• 1.4 独立光伏发电产业的发展现状15-16
• 1.5 论文的主要内容及章节安排16-17
• 第二章 独立光伏发电系统结构及控制方法17-32
• 2.1 独立光伏发电系统结构17
• 2.2 光伏阵列17-20
• 2.2.1 光伏阵列的组成17
• 2.2.2 光伏电池的参数17-19
• 2.2.3 光伏电池输出特性曲线19-20
• 2.3 功率变换器20-24
• 2.3.1 变换器的分类20-21
• 2.3.2 常用变换器的特点21-23
• 2.3.3 光伏发电系统中变换器的作用23-24
• 2.4 储能元件24-26
• 2.4.1 储能元件的分类24-25
• 2.4.2 储能元件的作用25-26
• 2.4.3 铅酸蓄电池充电方式26
• 2.5 MPPT 控制方法26-31
• 2.5.1 最大功率点跟踪原理26-27
• 2.5.2 恒定电压法27-28
• 2.5.3 干扰观测法28
• 2.5.4 三点重心法28-29
• 2.5.5 模糊控制法29-30
• 2.5.6 变步长干扰观测法30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 拓扑选择与系统仿真32-45
• 3.1 独立光伏发电系统中变换器拓扑选择32-38
• 3.1.1 MPPT 控制电路32-33
• 3.1.2 MPPT 控制方法及实现33-35
• 3.1.3 升压变换器35-36
• 3.1.4 逆变电路36-38
• 3.2 独立光伏发电系统仿真38-43
• 3.2.1 独立光伏发电系统仿真及结果38-40
• 3.2.2 Buck 电路仿真及结果40-41
• 3.2.3 推挽电路仿真模型及结果41-42
• 3.2.4 逆变电路仿真模型及结果42-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第四章 系统硬件与软件设计45-62
• 4.1 独立光伏发电装置整体结构45-46
• 4.2 前级 DC/DC 推挽电路46-51
• 4.2.1 推挽电路变压器的参数计算46-48
• 4.2.2 推挽电路主要元器件的参数计算48-49
• 4.2.3 推挽电路原理图49-50
• 4.2.4 推挽控制电路50-51
• 4.3 后级 DC/AC 逆变电路51-54
• 4.3.1 逆变电路参数计算51-52
• 4.3.2 逆变电路原理图52-53
• 4.3.3 逆变控制电路53-54
• 4.4 EG8010 外围电路54-56
• 4.4.1 电压检测电路54-55
• 4.4.2 电流检测电路55
• 4.4.3 温度检测电路55-56
• 4.4.4 稳压电源56
• 4.5 Buck 电路的设计56-57
• 4.6 蓄电池充电控制回路57-58
• 4.7 辅助电源电路58-59
• 4.8 系统软件设计59-61
• 4.8.1 MPPT 在单片机中的实现59-60
• 4.8.2 主程序流程图60-61
• 4.9 本章小结61-62
• 第五章 实验结果及分析62-68
• 5.1 预期设计指标及实验装置62-63
• 5.2 实验结果63-66
• 5.2.1 MPPT 实验结果63-64
• 5.2.2 中间直流环节实验结果64-65
• 5.2.3 逆变控制电路实验结果65
• 5.2.4 逆变电路实验结果65-66
• 5.3 实验结果分析66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论与展望68-70
• 参考文献70-74
• 附录74-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 附件78

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