太阳能光伏发电及其并网的研究

论文摘要

全球能源紧缺和环境污染问题日益严重,开发可再生无污染的新能源成为21世纪首要的问题。太阳能是世界上最环保、最大容量、最具大规模开发前景的可再生能源之一。在各种形式的太阳能资源开发中,太阳能光伏发电是最为瞩目的。本文在此前提下,利用TI的高性能DSP作为控制核心开发了一套3千瓦具有并网能力的光伏逆变器。开发过程中详细的研究了太阳能电池的模型特性、最大功率点跟踪的方法、孤岛检测的方法、太阳光角度跟踪模块以及系统的软硬件开发。太阳能电池的特性是研究太阳能光伏发电最基本的问题,本文详细的分析了太阳能电池的各种参数特性,为实现系统设计做了铺垫。最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)方法是提高系统输出功率的重要手段。本为分析了定电压跟踪法等常见的方法,并在此基础上使用了最优梯度的最大功率点跟踪方法实现了MPPT,有效的提高了系统的动态特性和转换效率。为了获得更大的功率输出,开发了一套太阳光角度跟踪模块,利用控制器的实时太阳跟踪程序使得太阳光始终能够垂直于太阳能电池板照射,以获得最大的能量收益。最后,基于理论和实际的研究,搭建了一套3千瓦的太阳能光伏并网逆变器,并实现了上述各种方法及功能,满足系统长时间运行和实时监控的目标,达到了较好的研究目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能光伏并网发电背景及意义
• 1.1.1 太阳能将成为人类能源利用的必然选择
• 1.1.2 太阳能的利用形式和光伏发电的优点
• 1.2 国内外光伏并网发电的现状
• 1.3 光伏并网发电系统的简单介绍
• 1.4 本文所做的主要工作
• 第2章 光伏并网发电系统的分类及设计
• 2.1 光伏并网发电系统的分类
• 2.1.1 可调度式与不可调度式
• 2.1.2 集中式发电与分布式发电
• 2.2 并网逆变器主电路拓扑结构分析
• 2.2.1 并网逆变器的选择
• 2.2.2 并网逆变器的工作方式
• 2.2.3 主电路工作原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 光伏系统最大功率点跟踪及孤岛检测方法
• 3.1 太阳能电池板的基本原理及电路特性
• 3.2 MPPT 方法比较与分析
• 3.2.1 定电压跟踪法
• 3.2.2 扰动观察法
• 3.2.3 电导增量法
• 3.2.4 基于最优梯度法的最大功率跟踪法
• 3.3 太阳光角度跟踪
• 3.3.1 固定移动法
• 3.3.2 图像跟踪法
• 3.4 孤岛检测方法
• 3.4.1 孤岛的概念
• 3.4.2 国际通行标准中对孤岛检测方法的要求
• 3.4.3 孤岛检测方法
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统硬件设计
• 4.1 控制器介绍及资源分配
• 4.2 控制电路各模块分析
• 4.2.1 MOS 管驱动电路
• 4.2.2 AD 采样接口电路
• 4.2.3 LCD 接口电路
• 4.2.4 步进电机驱动模块
• 4.2.5 时钟电路及复位电路
• 4.3 主电路各模块分析
• 4.3.1 主逆变电路
• 4.3.2 辅助电源
• 4.3.3 滤波电路
• 4.3.4 并网电路
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 系统软件总体流程框图
• 5.2 各模块软件分析
• 5.2.1 SPWM 波形发生
• 5.2.2 A/D 采样
• 5.2.3 MPPT 算法实现
• 5.2.4 并网的实现
• 5.2.5 相位同步
• 5.2.6 SCI 通信
• 5.2.7 太阳光角度跟踪
• 5.2.8 人机交互及安全监测
• 5.3 软件编写中应注意的问题
• 5.3.1 软启动
• 5.3.2 避免溢出现象
• 5.3.3 截断误差
• 5.3.4 程序抗干扰方法
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 研究成果
• 致谢