隔离型双向Cuk变换器在光伏发电系统中的研究

【摘要】：伴随着人类社会的快速发展,传统能源的不断消耗和由此产生的环境污染问题逐渐凸显出来,为应对全球能源与环境危机,光伏发电等新能源产业在近几十年得到了长足的发展。太阳能资源清洁无污染、分布广泛,并且储量丰富,从某种意义上可以认为其是取之不尽、用之不竭的,是-种理想的传统能源替代品。在光伏发电系统中,双向DC/DC变换器用于直流母线与蓄电池等储能设备之间,作为能量双向传递的桥梁,以充放电的形式对整个系统的能量进行调度与管理,是不可或缺的重要组成部分。 本文针对隔离型双向Cuk变换器在光伏发电系统中的应用进行了深入的研究。首先,介绍了光伏发电系统的基本结构及特点,重点分析了光伏发电系统中的能量调度与管理策略,并全面地介绍了双向DC/DC变换器与其在光伏发电系统中的具体应用,及光伏蓄电池的充放电策略等。其次,详细分析了隔离型双向Cuk变换器的拓扑结构和工作原理,并根据变换器在不同工作模式下的特点,选择了不同的闭环控制策略,当变换器工作于占空比较小的降压模式时,采用了传统的PI控制策略,当变换器工作于占空比较大的升压模式时,系统处于强非线性状态,传统的P1控制策略往往不能取得满意的控制效果,通过对模糊控制等现有的控制策略进行对比分析,采用了一种更适用的改进型PI控制策略,该策略简单、可靠,并在MATLAB/Simulink环境下搭建了隔离型双向Cuk变换器闭环控制的仿真模型,通过仿真验证了所采用的控制策略的有效性。最后,详细介绍了系统主电路及控制电路各部分的硬件设计,搭建了隔离型双向Cuk变换器的实验平台,并基于TI公司的TMS320F2812控制芯片,在CCS软件开发环境下完成了隔离型双向Cuk变换器控制策略的软件设计。 在上述基础上,进行了一系列隔离型双向Cuk变换器的调试以及实验分析工作,取得了较理想的实验数据及波形,更加验证了整个变换器系统方案的正确性与可行性。 【关键词】：双向Cuk变换器 非线性 改进型PI控制 光伏发电系统
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 光伏发电产业的背景及发展11-12
• 1.2 课题的背景及意义12-14
• 1.3 课题的主要研究内容14-17
• 第二章 双向DC/DC变换器概述17-25
• 2.1 双向DC/DC变换器简介17
• 2.2 双向DC/DC变换器的应用17-20
• 2.3 双向DC/DC变换器的拓扑结构20-22
• 2.4 双向DC/DC变换器的控制策略22-23
• 2.5 本章小结23-25
• 第三章 隔离型双向Cuk变换器分析与建模25-47
• 3.1 Cuk变换器简介25-27
• 3.2 隔离型双向Cuk变换器的拓扑结构27-29
• 3.3 隔离型双向Cuk变换器的工作原理29-32
• 3.4 隔离型双向Cuk变换器的控制策略32-37
• 3.4.1 变换器降压控制策略33-34
• 3.4.2 变换器升压控制策略34-37
• 3.5 系统仿真与分析37-44
• 3.5.1 降压模式仿真与分析38-41
• 3.5.2 升压模式仿真与分析41-44
• 3.6 本章小结44-47
• 第四章 隔离型双向Cuk变换器硬件设计与实现47-65
• 4.1 隔离型双向Cuk变换器系统整体结构分析47-48
• 4.2 变换器主电路硬件设计48-53
• 4.2.1 输入输出电感设计48-49
• 4.2.2 输出滤波电容设计49-50
• 4.2.3 中间电容设计50-51
• 4.2.4 功率开关管与功率二极管设计51-52
• 4.2.5 高频隔离变压器设计52-53
• 4.3 变换器控制电路硬件设计53-63
• 4.3.1 主控电路设计53-55
• 4.3.2 检测电路设计55-58
• 4.3.3 DA转换与PWM发生电路设计58-59
• 4.3.4 隔离驱动电路设计59-61
• 4.3.5 保护电路设计61-62
• 4.3.6 显示电路设计62-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 隔离型双向Cuk变换器软件设计与实现65-77
• 5.1 CCS软件简介65-66
• 5.2 系统主程序设计66-67
• 5.3 系统中断服务程序设计67-73
• 5.3.1 AD采样及校正程序67-69
• 5.3.2 控制算法程序69-72
• 5.3.3 串行外设接口SPI通信程序72-73
• 5.4 液晶显示程序设计73-74
• 5.5 系统保护程序设计74-75
• 5.6 本章小结75-77
• 第六章 系统实验与分析77-81
• 6.1 降压模式实验与分析77-78
• 6.2 升压模式实验与分析78-81
• 总结与展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 学位论文评阅及答辩情况表89

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