一种新型光伏发电系统的研究与设计

【摘要】：近年来石油等常规能源价格不断走高，化石能源枯竭带来的能源危机日益临近，因此开发利用绿色可再生能源以缓解进而从根本上解决能源匮乏具有重大意义。在众多的新能源中，太阳能以其独特的优势而倍受人们关注，光伏发电技术也成为各国专家学者的研究热点。 为解决传统光伏发电系统使用蓄电池平衡光伏电池输出功率所带来的环境问题，同时降低光伏发电系统的建设成本，设计了一种以电网电能替代蓄电池实现光伏电池输出功率平衡的新型光伏发电系统。针对市电补偿方式的光伏发电系统，本文对其运行原理，参数设计和控制策略进行了一系列的研究，主要内容有： （1）详细分析了零电流开通零电压关断降压变换器和零电压开关全桥变换器实现软开关的工作原理； （2）提出了新型光伏发电系统的结构组成，通过成本计算及光伏电池利用率的比较显示了市电补偿方式较传统蓄电池储能方式的优越性，在理论分析的基础上给出了新型光伏发电系统的功率平衡控制策略； （3）根据光伏发电系统的实际运行参数和所选取的主电路拓扑结构，完成了主电路各部分器件的选型和参数计算，以及控制电路的信号采集调理电路、驱动保护电路以及相应的逻辑控制电路的设计；构建了基于DSP的控制系统，研究并设计了限定电压范围内实现光伏电池输出功率最大化的变步长二次插值控制算法； （4）通过仿真及实验对设计的电路及控制策略进行了测试。 【关键词】：光伏发电 市电补偿 软开关 最大功率点跟踪
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 光伏发电系统应用12-14
• 1.3 光伏发电系统关键技术研究现状14-17
• 1.3.1 光伏发电MPPT技术研究现状14-15
• 1.3.2 并网逆变器控制技术研究现状15-17
• 1.4 课题研究意义及研究内容17-18
• 1.4.1 课题研究意义17
• 1.4.2 课题研究内容17-18
• 第2章 变换器软开关技术18-28
• 2.1 ZVS-ZCS-Buck变换器18-22
• 2.2 ZVS全桥变换器22-28
• 2.2.1 ISL6752 实现ZVS全桥22-25
• 2.2.2 全桥变换电路实现ZVS的条件25-26
• 2.2.3 全桥变换电路变压器偏磁及抑制26-28
• 第3章 新型光伏发电系统设计28-37
• 3.1 新型光伏发电系统的结构28-29
• 3.2 市电补偿方式的优越性29-32
• 3.2.1 蓄电池储能方式29-31
• 3.2.2 市电补偿方式31-32
• 3.3 市电/光伏电池功率平衡控制32-37
• 3.3.1 光伏电池的数学模型32-34
• 3.3.2 功率平衡控制及仿真34-37
• 第4章 光伏电池侧ZVS-ZCS-Buck变换器设计37-49
• 4.1 主电路设计37-40
• 4.1.1 谐振电感和谐振电容37-39
• 4.1.2 IGBT及二极管39-40
• 4.1.3 滤波电感40
• 4.1.4 滤波电容40
• 4.2 基于UCC3800 的控制电路设计40-42
• 4.3 电压测量电路设计42-46
• 4.3.1 电压测量电路42-44
• 4.3.2 电路校准过程44
• 4.3.3 误差分析44-45
• 4.3.4 参数最优化选取45-46
• 4.4 电流检测电路设计46-47
• 4.4.1 ACS712 电流检测电路46-47
• 4.4.2 电流互感器47
• 4.5 输出过载保护电路设计47-48
• 4.6 ZVS-ZCS-Buck变换器仿真测试48-49
• 第5章 市电侧ZVS全桥变换器设计49-66
• 5.1 主电路设计49-53
• 5.1.1 整流滤波电容49-50
• 5.1.2 IGBT及整流二极管50-51
• 5.1.3 高频变压器设计51-52
• 5.1.4 输出滤波电感52
• 5.1.5 输出滤波电容52-53
• 5.2 单电源全桥IGBT驱动电路设计53-54
• 5.3 IGBT短路保护电路设计54-58
• 5.4 基于ISL6752 的控制电路设计58-60
• 5.5 UCC3800-ISL6752 协调电路设计60-63
• 5.6 ZVS全桥变换器63-66
• 5.6.1 高频变压器测试63
• 5.6.2 IGBT驱动电路测试63-64
• 5.6.3 变换器ZVS测试64
• 5.6.4 变换器输出电压及纹波64-65
• 5.6.5 变换器实物65-66
• 第6章 基于DSP的控制系统设计66-74
• 6.1 DSP控制系统功能简介66-67
• 6.2 光伏电池输出功率最大化控制67-72
• 6.2.1 输出受限MPPT控制算法68-71
• 6.2.2 输出受限MPPT控制算法仿真71-72
• 6.3 控制系统工作流程72-74
• 第7章 总结与展望74-76
• 7.1 工作总结74-75
• 7.2 工作展望75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果80

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