楼宇光伏直流微网电源系统的研究

摘要

为了应对环境污染和资源短缺对电力系统的发展提出严峻的挑战，各国电力行业对分布式发电技术的关注度日益提升，对可再生能源发电的需求更加迫切。以光伏发电为基础的直流微网系统具有控制简单、系统转换效率高和能量变化损失少等优势，可以更高效地利用新能源，并为数据传输中心、建筑、家庭等用电单位提供高质量的和稳定性高的直流电能。 本文从光伏建筑一体化以及充分利用环境资源出发，首次提出由东、南、西三面光伏电源组成的楼宇光伏直流微网电源系统，该系统由东、南、西三面墙上的光伏发电系统连接到统一的直流母线上，用蓄电池储存能量，供给直流负载使用，也可以经过逆变，供给交流负载使用。 本文针对所提出光伏系统的特殊性，研究了其关键技术，主要工作如下： 1.对该系统的控制方式展开分析，指出该并联系统存在电压控制和系统环流等控制上的难点。通过分析，指出下垂控制算法才是控制并联变换器的最简单、最实用的方法。针对该并联系统的特性，提出使用不需要互联线的下垂算法来进行控制，该下垂算法采用通过输出电流反馈的电压下垂来实现。 2.应用电路原理对该系统进行等效简化，进而对并联DC/DC变换器的环流进行分析，指出该系统出现环流的原因；在此基础上提出一种瞬时虚拟电阻的计算和控制方法，该控制算法在抑制环流的控制中具有良好的效果。 3.通过 MATLAB/Simulink给出了一个多面墙光伏直流微网电源系统的仿真模型，对系统的各个仿真模块的设计进行介绍，对该系统的母线电压与系统环流分别进行仿真分析，验证了所提出的控制算法的可行性和正确性。 4.在理论分析的基础上，本文设计了一个实验系统，对系统各个部分的设计进行了详细的分析；在所建立的实验平台上进行试验，结果表明该系统能够稳定运行，由此验证了系统的可行性和控制策略的正确性。 5.本文针对该多面墙光伏直流微网电源系统设计了一种基于ZigBee的数据监测系统。该系统采用Arduino作为下位机控制器，用LABVIEW作为上位机，用ZigBee实现数据的传输。该数据监测系统可靠性高，能够提升微网系统的运行可靠性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 太阳能光伏建筑一体化

1.3 直流微网概述

1.4 直流微网的研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 光伏发电系统控制及其关键技术

2.1 光生伏特效应和光伏电池的等效电路

2.2 并联DC/DC变换器的控制策略

2.3 铅酸蓄电池的4个充电阶段

2.4 高频逆变技术

2.5 小结

第3章 多面墙光伏直流微网电源系统分析与控制算法

3.1 多面墙光伏直流微网电源系统

3.2 并联DC/DC变换器的控制问题

3.3 并联直流变换器之间环流分析

3.4 下垂控制策略

3.5 小结

第4章 微网系统仿真

4.1 光伏电池仿真模型

4.2 DC/DC模块

4.3 虚拟电阻计算模块

4.4 系统仿真分析

4.5 小结

第5章 硬件设计及实验

5.1 Boost电路控制器设计

5.2 铅酸蓄电池充电电路的设计

5.3 高频逆变器主电路的设计

5.4 实验

5.5 小结

第6章 基于ZigBee的数据监测系统

6.1 Zigbee简介

6.2 XBee模块与使用[68]

6.3 基于ZigBee的数据监测系统的设计1

6.4 小结

第7章 全文总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与科研成果