光伏发电DC/DC变流器的研究

论文摘要

太阳能发电是当今世界上可再生能源领域中最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的发电方式之一。目前,光伏系统所面临的主要问题是转换效率低且价格昂贵。本论文以针对太阳能发电系统用DC/DC变流器为研究对象,开展了太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪控制的理论和试验研究。论文首先分析了光伏电池的工作原理,利用MATLAB仿真软件对不同环境及不同日照强度下的太阳能电池输出特性进行了建模、仿真。在阅读大量参考文献的基础上,对目前国内外关于光伏电池最大功率点追踪策略的若干种方法以及各自的优缺点进行了归纳总结,并着重研究了扰动观察法最大功率追踪策略,针对其带来的功率振荡问题提出了一种简单有效的改进方法,可以减小信号噪声和采样误差而不引入延时环节。通过比较两种常用DC/DC变流器的工作原理,选择Boost拓扑并对主电路参数进行了设计。最后,实现以TMS320LF2407 DSP为控制芯片,以Boost为主电路,以扰动观察法为控制策略的光伏发电系统。对比分析了基于输入参数和基于输出参数两种观测对象的算法,并通过实验波形得出结论:基于输入参数的扰动观察法通过合理选择扰动步长和扰动周期,可以有效减小系统在稳态工作点附近的振荡,同时保持快速的动态响应,具有良好的动、静态特性;而基于输出参数的扰动观察法,由于只需要检测单个输出变量(输出电流或输出电压),且不需做乘法运算,不论模拟或者数字实现,具有容易实现的优点,但是,其动态响应大约比基于输入参数的扰动观察法慢一个数量级,适合低成本和对天气变化要求不高的场合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 太阳能的开发和利用
• 1.2.1 太阳电池的发展
• 1.2.2 光伏发电系统分类
• 1.3 光伏发电产业现状和发展
• 1.4 本课题的研究意义和主要工作
• 参考文献
• 第2章 光伏电池特性
• 2.1 光生伏特效应
• 2.2 硅型光伏电池的模型
• 2.3 硅太阳电池的输出特性分析
• 2.4 光伏电池的光电转换效率
• 参考文献
• 第3章 光伏电池最大功率点跟踪策略的研究
• 3.1 扰动观察法
• 3.1.1 扰动观察法原理
• 3.1.2 扰动观察法的优点和缺点
• 3.2 增量电导法
• 3.2.1 增量电导法原理
• 3.2.2 增量电导法的优点和缺点
• 3.3 电压回授法
• 3.4 短路电流法
• 3.5 开路电压法
• 3.6 其他MPPT方法
• 参考文献
• 第4章 光伏发电系统的研究
• 4.1 系统的性能指标
• 4.2 光伏电池模型分析
• 4.3 DC/DC变流器设计
• 4.3.1 DC/DC变流器拓扑的选择
• 4.3.2 Boost变流器参数设计
• 4.4 系统软件设计
• 4.4.1 控制策略选择
• 4.4.2 控制系统编程思想
• 4.4.3 系统软件设计
• 4.5 控制系统实现
• 4.5.1 控制芯片简介
• 4.5.2 控制系统硬件电路
• 参考文献
• 第5章 光伏发电系统动态性能分析及实验结果
• 5.1 光伏电池小信号模型
• 5.2 光伏发电系统BOOST电路小信号模型及实验结果
• 5.2.1 基于输入参数的扰动观察法动态特性分析及实验波形
• 5.2.2 基于输出参数的扰动观察法动态特性分析
• 5.3 实验样机及改进
• 参考文献
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢