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光伏发电系统关键技术的研究

作　者: 翁炳文
导　师: 胡长生
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 光伏发电系统DC/DC变换器移相全桥ZVS软开关电路最大功率点跟踪(MPPT) 损耗分析
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 13次
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内容摘要

近年来,世界各国竞相发展绿色可再生能源,太阳能因其洁净、储量巨大等优点倍受青睐。在太阳能的各种应用中,光伏发电倍受关注。随着光伏组件价格的不断降低和电力电子技术的发展,光伏发电的系统容量和变换设备的转换效率不断增加,体积逐渐减小,对光伏发电系统相关设备的设计和制造提出了新的要求。本文从提高光伏发电系统整体效率的角度出发,以光伏发电系统中电能变换装置作为研究目标,研究光伏发电中的关键性技术之一——光伏阵列的最大功率点跟踪技术。主要研究适用于光伏发电系统的最大功率点跟踪变换器的拓扑;研究光伏发电系统的最大功率点跟踪变换器的控制方法。论文在分析研究光伏电池的工作原理及输出特性的基础上,分析研究了几种基于DC/DC变换器的最大功率跟踪算法及各自优缺点和适用场合。在拓扑研究方面,分析研究了Buck、Boost和全桥电路应用于光伏发电中的优缺点以及适用的最佳功率等级,并对这三种电路的功率损耗进行分析,通过仿真进行验证。探讨了把软开关技术、三电平技术应用于光伏发电系统的可行性,并详细分析了应用于光伏发电系统的移相全桥ZVS DC/DC变换器电路的换流过程。在理论分析的基础上,论文设计实现了应用移相全桥软开关DC/DC变换电路作为主电路的MPPT变换器,构建了1000W小型独立光伏发电系统,进行仿真和实验,对实验结果进行损耗分析。证实了移相全桥ZVS DC/DC变换电路作为中小型光伏发电系统的前级变换器,可以在实现太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪的同时,保证开关管实现软开关,从而提高了系统的转换效率和功率密度。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-17
  1.1 太阳能光伏发电技术简介  8-9
    1.1.1 太阳能光伏发电的优点  8
    1.1.2 太阳能光伏发电国内外研究现状与发展趋势  8-9
  1.2 光伏发电系统简介  9-15
    1.2.1 独立太阳能光伏发电系统  9-11
    1.2.2 太阳能并网光伏发电系统  11-15
  1.3 本论文的目的和主要工作  15-17
第2章光伏阵列特性及其最大功率点跟踪控制的研究  17-30
  2.1 光伏电池的原理及其特性  17-21
    2.1.1 光伏电池的基本原理  17-18
    2.1.2 光伏电池的Ⅰ-Ⅴ方程等效模型及特性曲线  18-20
    2.1.3 光伏阵列的构成及其特性  20-21
  2.2 光伏阵列MPPT功能的研究和实现策略  21-29
    2.2.1 光伏阵列MPPT的原理  21-22
    2.2.2 恒定电压控制法(Constant Voltage Tracking-CVT)  22-23
    2.2.3 扰动观察法(Perturbation&Observation-P&Q)  23-25
    2.2.4 电导增量法  25-27
    2.2.5 变步长的电导增量法  27-28
    2.2.6 本系统采用的MPPT控制算法  28-29
  2.3 本章小结  29-30
第3章光伏发电系统中的DC/DC变换器  30-50
  3.1 光伏发电系统中的DC/DC变换器的特点  30-31
  3.2 降压型BUCK电路  31-33
    3.2.1 应用于光伏发电系统的BUCK电路的特点  31
    3.2.2 三种BUCK电路的比较  31-32
    3.2.3 应用于光伏发电系统的BUCK基本电路的损耗分析及仿真验证  32-33
  3.3 升压型BOOST  33-36
    3.3.1 应用于光伏发电系统的BOOST电路的特点  33-34
    3.3.2 三种BOOST电路的比较  34
    3.3.3 应用于光伏发电系统的BOOST基本电路的损耗分析及仿真验证  34-36
  3.4 全桥  36-41
    3.4.1 全桥DC/DC变换器基本工作原理  36-37
    3.4.2 全桥DC/DC变换器控制方式  37-40
    3.4.3 应用于光伏发电系统的全桥硬开关电路的损耗分析及仿真验证  40-41
  3.5 三种硬开关DC/DC电路主功率管损耗对比分析  41-42
  3.6 移相全桥ZVS DC/DC变换器拓扑分析  42-49
    3.6.1 带辅助网络的移相全桥ZVS DC/DC变换器的工作原理  43-44
    3.6.2 带辅助网络的移相全桥ZVS DC/DC变换器的换流过程  44-49
  3.7 本章小结  49-50
第4章系统的软硬件设计与实现  50-68
  4.1 FB-ZVS-PWM DC/DC变换器的硬件设计  50-57
    4.1.1 主变压器设计  50-52
    4.1.2 输出滤波电感器设计  52-53
    4.1.3 滞后桥臂零电压开关辅助网络和谐振电感器设计  53-54
    4.1.4 输出滤波电容的设计  54-55
    4.1.5 钳位电路设计  55-56
    4.1.6 驱动电路设计和移相控制的实现  56-57
    4.1.7 采样、调理电路的设计与实现  57
  4.2 FB-ZVS-PWM DC/DC变换器的软件设计  57-59
    4.2.1 TI DSP TMS320F280X简介  57-59
    4.2.2 软件设计  59
  4.3 仿真结果分析  59-63
  4.4 实验结果分析  63-67
  4.5 本章小结  67-68
第5章结论与展望  68-69
  5.1 总结  68
  5.2 未来工作展望  68-69
参考文献  69-72
攻读硕士期间发表的论文  72-73
致谢  73

光伏发电系统关键技术的研究

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