单相光伏电源及并联技术的研究

【摘要】： 在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,新能源的开发与利用愈来愈受到重视,太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏发电在全世界范围内得到快速发展,被认为是当前世界上最具有发展前景的新能源技术。而光伏电源作为太阳能发电利用中主要的能量变换装置,是目前研究和发展的重要环节。 本文以实际项目为背景,详细地分析了光伏电源的研制过程,并在实验室前期工作的基础上完整的分析了1kVA单相光伏电源的设计过程,并对逆变器并联进行了介绍及初步设计。论文的主要工作如下,分为三部分: 第一部分:第一章概述了光伏发电的意义以及我国光伏产业的发展现状及前景,并且介绍了本课题的来源及其主要研究的内容。 第二部分:根据项目指标,对本文采用的DC-DC,DC-AC结构,分别进行改进设计。第二章就DC部分的主电路和控制电路进行了设计,详细的介绍了RCD吸收电路和直流输出LC滤波器参数以及磁芯选材的设计,以及多路输出开关电源的完整设计;第三章就AC部分的主电路和控制电路进行了设计,详细的介绍了系统中LCL滤波参数的设计,并对逆变控制中采用的双闭环控制策略在理论上进行了详尽的分析和参数设计,以及对并网中的控制策略进行了分析总结;第四章对接触到的或系统设计过程中涉及到的电磁兼容问题进行了总结,并对系统效率进行了分析。第五章就系统的控制方案从控制流程图到程序流程图做了进一步分析,最后通过仿真和实验验证了所设计电路和控制策略的有效性。 第三部分:第六章对当今流行的逆变器冗余设计问题进行了一定的研究。本论文中采用基于下垂特性的冗余控制算法,实现多逆变器间的无互联线的并联运行,并利用Matlab进行了系统仿真,初步验证了该控制策略的有效性。 【关键词】：光伏发电 RCD吸收电路 磁性材料 双闭环 电磁兼容 下垂特性
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要14-15
• ABSTRACT15-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 课题背景的介绍16-19
• 1.1.1 国内外光伏产业发展概况及发展方向16-17
• 1.1.1.1 国内外光伏产业发展概况16-17
• 1.1.1.2 光伏发电产业发展方向17
• 1.1.2 我国光伏产业发展中存在的问题17-18
• 1.1.3 当前的新机遇18-19
• 1.2 光伏发电系统介绍19-22
• 1.2.1 光伏发电系统的构成19-20
• 1.2.2 光伏电站用主电路的介绍20
• 1.2.3 光伏电站用逆变器性能要求20-21
• 1.2.4 电流源型光伏电源的介绍21
• 1.2.5 逆变器并联系统介绍21-22
• 1.3 课题的目标以及论文的主要研究内容22-24
• 1.3.1 光伏电源的性能指标22
• 1.3.2 本文采用的主电路22-23
• 1.3.3 本论文的主要工作23-24
• 第二章 光伏升压DC-DC系统的硬件设计24-38
• 2.1 改进型正激推挽电路介绍24-25
• 2.1.1 DC-DC主电路结构24-25
• 2.1.2 DC-DC主电路动态工作存在问题25
• 2.2 DC-DC系统硬件设计25-32
• 2.2.1 主电路设计25-26
• 2.2.2 MOS管选型以及驱动设计26-27
• 2.2.2.1 MOS管选型26
• 2.2.2.2 MOS驱动设计26-27
• 2.2.3 电流保护电路设计27
• 2.2.4 整流二极管选型以及吸收电路设计27-29
• 2.2.4.1 二极管的选型设计27-28
• 2.2.4.2 吸收电路的设计28-29
• 2.2.5 整流滤波器的设计29-32
• 2.2.5.1 电感参数设计29-30
• 2.2.5.2 磁芯选型30-31
• 2.2.5.3 电容设计31-32
• 2.3 辅助开关电源系统设计32-37
• 2.3.1 PWM控制芯片介绍32-33
• 2.3.2 主电路参数设计33-37
• 2.3.2.1 电源性能指标33
• 2.3.2.2 高频变压器的设计33-36
• 2.3.2.3 系统参数设计36-37
• 2.3.2.4 电源原理图37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 光伏逆变器的硬件设计及控制策略分析38-51
• 3.1 逆变主电路选择38-39
• 3.2 系统硬件设计39-47
• 3.2.1 主电路介绍39-40
• 3.2.2 采样电路设计40-42
• 3.2.2.1 电压采样电路设计40
• 3.2.2.2 电流采样电路设计40-42
• 3.2.3 过流保护电路设计42-43
• 3.2.4 过热保护电路设计43
• 3.2.5 锁相电路设计43-44
• 3.2.6 驱动电路设计44-45
• 3.2.7 滤波器设计45-47
• 3.2.7.1 LC滤波器中电感的设计45-46
• 3.2.7.2 滤波电容的设计46
• 3.2.7.3 并网滤波电感设计46
• 3.2.7.4 磁芯选型以及匝数计算46-47
• 3.2.7.5 共模电感设计47
• 3.3 逆变器控制策略的设计47-50
• 3.3.1 双闭环控制介绍47-48
• 3.3.2 电流内环的设计48-49
• 3.3.3 电压外环的设计49-50
• 3.4 并网控制策略的介绍50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 系统电磁兼容设计及效率分析51-60
• 4.1 电磁兼容设计51-58
• 4.1.1 接地设计51-53
• 4.1.1.1 数模地的设计52
• 4.1.1.2 本系统地的设计52-53
• 4.1.1.2.1 高低压地52-53
• 4.1.1.2.2 数字模拟地53
• 4.1.2 变压器电磁兼容设计53-54
• 4.1.2.1 变压器屏蔽介绍53-54
• 4.1.2.2 系统中变压器的设计54
• 4.1.3 共模噪声的抑制54-55
• 4.1.4 电压电流瞬变的抑制55
• 4.1.5 系统中磁珠的应用55-56
• 4.1.5 PCB设计问题分析56-58
• 4.1.5.1 制板主要原则56
• 4.1.5.2 PCB电磁兼容实例56-57
• 4.1.5.3 局部电源和IC之间的去耦57-58
• 4.2 功耗及效率分析58-59
• 4.2.1 主电路功耗分析58
• 4.2.2 控制电路功耗分析58
• 4.2.3 系统效率分析58-59
• 4.2.4 散热器设计59
• 4.3 本章小结59-60
• 第五章 光伏电源控制系统设计及实验调试60-71
• 5.1 系统控制方案的设计60-65
• 5.1.1 直流系统控制方案设计61-62
• 5.1.1.1 直流系统控制方案介绍61
• 5.1.1.2 驱动信号的逻辑处理61-62
• 5.1.1.3 PI控制器的设计62
• 5.1.2 交流系统控制方案设计62-65
• 5.1.2.1 交流系统控制方案的介绍62-63
• 5.1.2.2 双极性调制方式的数字实现63
• 5.1.2.3 软件中断设计63-64
• 5.1.2.4 死区设计64-65
• 5.1.2.5 相位自调节设计65
• 5.2 逆变部分仿真65-67
• 5.2.1 仿真原理图65-66
• 5.2.2 仿真波形66-67
• 5.3 实验结果67-70
• 5.3.1 开关电源调试67
• 5.3.2 直流系统调试67-68
• 5.3.3 逆变系统调试68-69
• 5.3.4 并网调试69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 基于下垂特性的逆变器并联技术的研究71-82
• 6.1 逆变器并联系统设计72-77
• 6.1.1 下垂特性控制策略的介绍72-73
• 6.1.2 虚拟阻抗的分析73-74
• 6.1.3 输出功率检测方法74-75
• 6.1.4 IIR滤波器设计75-77
• 6.1.4.1 数字滤波器概述75
• 6.1.4.2 瞬时功率数字滤波器的设计75-77
• 6.1.4.3 虚拟阻抗数字滤波器的设计77
• 6.2 并联系统的方案实现及其仿真77-79
• 6.2.1 参考电压的系统实现77-78
• 6.2.2 控制系统的仿真实现78-79
• 6.2.2.1 MATLAB仿真介绍78-79
• 6.2.2.2 仿真波形79
• 6.3 系统软件设计79-80
• 6.3.1 下垂特性算法实现79-80
• 6.3.2 逆变器并联实现的构想80
• 6.4 总结与展望80-82
• 附录82-83
• 参考文献83-86
• 致谢86-87
• 学位论文评阅及答辩情况表87

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