独立光伏发电系统的研究与设计

【摘要】：随着经济的发展，能源危机以及环境污染问题日益严重，以太阳能为首的新能源受到全球的热切关注，这种高效，清洁的可再生能源无疑将是当今乃至以后的研究热点。本文以独立光伏发电系统为研究对象，设计了由光伏电池，Buck变换器，蓄电池，推挽升压变换器以及单相全桥逆变器组成的多级光伏系统，对以最大功率跟踪算法方式为蓄电池充电以及随机调制技术下的逆变器进行了深入的研究，通过系统仿真以及实验平台的设计，得到了符合设计要求的实验结果。 蓄电池是独立光伏发电系统中不可或缺的一部分，针对蓄电池的基本特性，本文研究了一种三阶段充电方式，即MPPT (最大功率跟踪)快充，恒压充电和浮充，并设置过充过放阈值，完成了蓄电池充放电策略的设计。其中针对最大功率跟踪步长，在固定步长算法的基础上进一步研究了变步长和修正变步长的干扰观察算法，通过对仿真结果分析，改进的算法在动态响应和稳态精度方面都有提高，最后利用MC9S12XS128完成了蓄电池的充电实验。 为了改善常规PWM调制产生的电磁干扰问题，本文展开了对随机周期调制方式控制下的逆变器的研究，通过将固定开关频率的三角波变为频率在一定范围内随机变化的三角波，在Matlab中建立了随机周期调制下的逆变仿真模型，仿真结果表明随机周期调制能很好的抑制开关频率及其倍频的谐波尖峰，在一定程度上改善谐波带来的电磁干扰问题，并通过改变随机度和随机分布函数，分析了这两个因素对输出电压功率谱的影响。 【关键词】：独立光伏发电系统 最大功率跟踪 蓄电池充电 随机周期调制
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究意义及研究背景8-9
• 1.2 独立光伏发电系统研究现状9-12
• 1.3 本文采取系统方案12-13
• 1.4 本文研究内容13-15
• 第二章 基于 MPPT 控制的蓄电池充电模块设计15-41
• 2.1 光伏电池建模与仿真15-19
• 2.1.1 光伏电池原理及输出特性15-16
• 2.1.2 光伏电池等效模型及建模仿真16-19
• 2.2 蓄电池充放电策略设计19-23
• 2.2.1 蓄电池主要技术参数分析19-20
• 2.2.2 独立光伏发电系统能流关系20-21
• 2.2.3 蓄电池充放电控制策略21-23
• 2.3 MPPT 控制算法的设计与实现23-36
• 2.3.1 MPPT 跟踪原理23-24
• 2.3.2 各种 MPPT 控制算法比24-27
• 2.3.3 基于 Buck 电路的 MPPT 跟踪仿真27-36
• 2.4 光伏充电模块设计及结果分析36-40
• 2.4.1 光伏充电模块设计36-38
• 2.4.2 实验结果分析38-40
• 2.5 本章总结40-41
• 第三章 DC/DC 升压模块设计与实现41-51
• 3.1 推挽升压电路原理41-43
• 3.2 推挽升压主电路参数设计及仿真43-48
• 3.3 驱动电路设计48-49
• 3.4 实验结果分析49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 DC/AC 逆变功能的设计与实现51-66
• 4.1 单相全桥逆变电路的设计52-57
• 4.1.1 单相逆变器参数设计52-53
• 4.1.2 单相逆变器硬件电路设计53-55
• 4.1.3 SPWM 控制软件设计55-57
• 4.2 单相逆变器实验结果57-58
• 4.3 单相逆变器随机调制仿真分析58-65
• 4.3.1 随机 PWM 调制原理58-60
• 4.3.2 建立仿真模型60-61
• 4.3.3 仿真结果分析61-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 总结与展望66-67
• 5.1 研究总结66
• 5.2 研究展望66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表论文71-72
• 致谢72-73
• 详细摘要73-77

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