光伏升压全桥软开关DC-DC变换器的研制

【摘要】： 随着世界能源危机的加剧,可再生能源的开发与利用愈来愈受到重视。太阳能以其经济性、清洁性等优点倍受青睐。太阳能电池板耐压和绝缘的要求限制了光伏电池组件串联数量,所以光伏发电系统中一般采用DC-DC升压环节。光伏升压DC-DC变换器性能的好坏直接影响光伏发电系统的转换效率,因此研究高频化、高效率的光伏升压软开关DC-DC变换器意义重大。本文针对可独立运行和并网运行的三相光伏发电系统,分析和研究了光伏升压软开关DC-DC变换器的拓扑结构和控制方法,并最终制作完成试验样机。 首先比较了几种全桥ZVZCS DC-DC变换器的典型拓扑结构,根据光伏升压DC-DC变换器的特性给出了一种副边串联、双CDD无源筘位的全桥ZVZCSDC-DC变换器拓扑结构,分析了其工作原理及软开关实现的条件,详细叙述了高频变压器、输出滤波电感的设计以及主电路器件的选取和参数的计算过程,并用MATLAB软件对主电路进行了仿真。 根据光伏电池的数学模型用MATLAB建立了光伏电池的仿真平台,比较了几种常用的最大功率点跟踪(MPPT)算法的优缺点,并用MATLAB仿真了CVT启动+单变量电导增量法(INC)最大功率点的跟踪过程,仿真结果表明该算法启动迅速,跟踪准确。 采用TMS320F2812作为主控芯片,设计了光伏升压全桥ZVZCS DC-DC变换器数字控制系统。采用了一种新颖的基于DSP的数字移相PWM脉冲产生方法,只利用一个事件管理器且不添加任何硬件;针对全桥电路存在的偏磁现象和变换器的应用工况,设计了直流偏磁、过流、欠压、过热等故障检测保护电路,完善了变换器的功能;阐述了光伏升压DC-DC变换器PI+MPPT控制的控制策略,给出了控制系统软件的设计过程和主要程序流程图。 最后制作完成15kVA光伏升压全桥ZVZCS DC-DC变换器试验样机,实验结果表明:主电路参数设计合理,成功实现ZVZCS,变换器工作稳定可靠。 【关键词】：光伏发电 全桥DC-DC变换器 零电压零电流 最大功率点跟踪 TMS320F2812
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 光伏发电的现状及意义13-16
• 1.1.1 光伏发电的国内外现状14-15
• 1.1.2 光伏发电的意义和存在的问题15-16
• 1.2 光伏发电系统介绍16-18
• 1.2.1 独立光伏发电系统17
• 1.2.2 并网光伏发电系统17-18
• 1.3 课题的主要研究内容与目标18-21
• 1.3.1 主要研究内容18-19
• 1.3.2 DC-DC变换器的性能指标19
• 1.3.3 本论文的主要工作19-21
• 第二章 光伏升压DC-DC变换器拓扑结构21-34
• 2.1 移相全桥ZVZCS DC-DC变换器拓扑结构的比较21-26
• 2.1.1 滞后桥臂串二极管的FB-ZVZCS-PWM变换器22
• 2.1.2 原边采用饱和电感的FB-ZVZCS-PWM变换器22-23
• 2.1.3 副边采用有源箝位的FB-ZVZCS-PWM变换器23-24
• 2.1.4 利用变压器辅助绕组的FB-ZVZCS-PWM变换器24-25
• 2.1.5 副边采用无源箝位的FB-ZVZCS-PWM变换器25-26
• 2.2 光伏升压DC-DC变换器拓扑结构方案的选择26-27
• 2.3 光伏升压移相全桥DC-DC变换器工作原理分析27-33
• 2.3.1 工作过程分析27-32
• 2.3.2 软开关实现条件分析32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 光伏升压DC-DC变换器的工程实现34-47
• 3.1 主电路总体设计34-35
• 3.2 主电路参数设计35-44
• 3.2.1 高频变压器设计35-38
• 3.2.2 功率开关管和整流二极管的选取38-39
• 3.2.3 输出滤波电感的设计39-41
• 3.2.4 输出滤波电容的选取41-42
• 3.2.5 超前桥臂并联电容的选取42
• 3.2.6 输入滤波电容的选取42-43
• 3.2.7 无源箝位电路参数设计43-44
• 3.3 主电路MATLAB仿真分析44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 光伏电池与最大功率点跟踪控制算法的研究47-61
• 4.1 光伏电池及其特性47-52
• 4.1.1 光伏电池的工作原理47-48
• 4.1.2 光伏电池的分类48-49
• 4.1.3 硅型光伏电池的电特性49-52
• 4.2 最大功率点跟踪(MPPT)算法52-56
• 4.2.1 恒压跟踪法(CVT)53
• 4.2.2 扰动观察法(P&O)53-54
• 4.2.3 电导增量法(INC)54-55
• 4.2.4 滞环比较法55
• 4.2.5 模糊逻辑控制法55-56
• 4.3 CVT启动+单变量INC算法及其MATLAB仿真56-60
• 4.3.1 CVT启动+单变量INC算法56-58
• 4.3.2 MPPT算法的MATLAB仿真58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 光伏升压DC-DC变换器控制系统设计61-78
• 5.1 控制系统结构62
• 5.2 基于TMS320F2812移相PWM脉冲的生成方法62-65
• 5.2.1 TMS320F2812简介62
• 5.2.2 利用DSP实现移相PWM脉冲的常用方法62-64
• 5.2.3 利用中断直接实现移相PWM脉冲的方法64-65
• 5.2.4 数字移相的精度65
• 5.3 控制系统硬件设计65-72
• 5.3.1 驱动电路65-67
• 5.3.2 偏磁检测与抑制电路67-68
• 5.3.3 信号检测与故障保护电路68-71
• 5.3.4 键盘与液晶显示电路71-72
• 5.4 系统控制方案与软件实现72-77
• 5.4.1 系统控制方案72-73
• 5.4.2 控制系统软件实现73-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 实验结果与总结78-82
• 6.1 实验结果78-80
• 6.2 总结80-82
• 附录82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 学位论文评阅及答辩情况表88

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