独立式光伏逆变电源的研究

【摘要】： 随着人类对能源的需求日益增加,化石能源的储量正日趋枯竭。能源需求、环境保护和社会发展的巨大压力使大力开发太阳能资源变得尤为重要。与传统的高压远距离输电系统相比,利用我国西部地区丰富的太阳能资源发展独立式光伏发电系统更具有现实意义。 本文在综合国内外有关文献的基础上,介绍了光伏发电和开关电源技术(包括蓄电池充放电和逆变技术)的发展现状和趋势,并结合这两种技术设计了可广泛用于无电或缺电地区的独立式光伏逆变电源。 为了充分利用太阳电池的输出能量,针对太阳电池的特性,本文设计了升压转换电路和扰动控制方法相结合的装置控制太阳电池的工作点,实现光伏发电的最大功率跟踪。根据蓄电池充放电要求基于反激式变换电路设计了可以实现蓄电池分阶段充电的充电电路和推挽式放电电路。为了提供高质量高可靠性的正弦波,采用PI调节和电压电流双环反馈控制方式对半桥式逆变电路进行控制。 基于MATLAB仿真软件建立了最大功率跟踪系统的仿真模型,对控制策略进行了仿真,验证了其可行性。以PIC单片机为控制核心实现蓄电池的充放电控制和逆变器控制波形的产生。实验结果表明,系统能够实现蓄电池的充放电控制并产生较好的正弦波。 【关键词】：光伏发电 独立式系统 最大功率跟踪 蓄电池充放电 逆变控制技术
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 独立式光伏发电的研究背景10-14
• 1.1.1 全球能源危机10-11
• 1.1.2 独立式光伏发电的优点及发展障碍11-12
• 1.1.3 国内外光伏逆变电源的发展现状和发展前景12-14
• 1.2 独立式光伏发电的关键技术发展概况14-16
• 1.2.1 最大功率跟踪技术的发展14-15
• 1.2.2 电能变换技术的发展15-16
• 1.3 本文研究的内容16-18
• 2 独立式光伏电源主电路结构设计18-42
• 2.1 独立式逆变电源的基本结构和设计要求18-19
• 2.1.1 系统的基本结构18-19
• 2.1.2 系统的基本设计要求19
• 2.2 光伏发电最大功率跟踪系统结构设计19-24
• 2.2.1 太阳能电池的基本原理和电路特性19-20
• 2.2.2 光伏电池最大功率跟踪电路设计20-22
• 2.2.3 用于MPPT的Boost电路工作原理和设计22-24
• 2.3 充电器设计与分阶段充电控制的实现24-33
• 2.3.1 蓄电池特性及充电的基本要求24-25
• 2.3.2 充电器的电路结构设计25-28
• 2.3.3 蓄电池充电控制的实现及参数设计28-33
• 2.4 放电电路工作原理与设计33-37
• 2.4.1 蓄电池放电要求33-34
• 2.4.2 DC/DC变换器设计34-37
• 2.5 逆变环节DC/AC变换器的设计37-39
• 2.5.1 单相逆变器比较分析37-38
• 2.5.2 DC/AC变换器设计38-39
• 2.6 辅助电源设计39-42
• 3 系统控制策略与功能实现42-68
• 3.1 基于PIC单片机的控制系统42-53
• 3.1.1 PIC16F886单片机简介42-43
• 3.1.2 单片机外围电路的设计43-45
• 3.1.3 模拟量采样45-47
• 3.1.4 保护电路47-52
• 3.1.5 驱动电路52-53
• 3.2 最大功率跟踪的控制策略53-58
• 3.2.1 MPPT控制方法比较分析54-56
• 3.2.2 本设计中MPPT控制的实现56-58
• 3.3 蓄电池充放电控制的实现58-59
• 3.4 逆变器控制的实现59-68
• 3.4.1 逆变器控制方法比较59-61
• 3.4.2 反馈控制方式比较61-63
• 3.4.3 SPWM控制技术63-65
• 3.4.4 SPWM波产生电路65-68
• 4 独立式光伏逆变电源的仿真及实验结果68-82
• 4.1 最大功率跟踪系统的仿真研究68-76
• 4.1.1 光伏阵列的仿真建模68-69
• 4.1.2 最大功率点跟踪的Simulink建模69-70
• 4.1.3 脉宽调制的Simulink建模70
• 4.1.4 升压变换电路的Simulink建模70-71
• 4.1.5 光伏系统MPPT控制的仿真建模71-72
• 4.1.6 仿真结果及其分析72-76
• 4.2 逆变电源控制系统调试76-82
• 4.2.1 系统组成76-78
• 4.2.2 实验结果及分析78-82
• 5 结论82-84
• 参考文献84-88
• 作者简历88-91
• 学位论文数据集91

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