智能家居太阳能光伏发电系统设计与研究

摘要

太阳能资源丰富，太阳能光伏发电是一种清洁无污染、环境友好的新型能源，受到了各国的青睐。目前，世界对光伏发电技术的未来发展很是重视，普遍认为在未来的能源组成中，太阳能将是最主要的能量来源。而制约光伏发电技术发展的因素还有很多，其中最主要的问题是能源的利用效率问题。此外，在硬件方面，光伏逆变器是整个光伏电站的电力转换核心，逆变控制技术的好坏将会直接影响整个系统工作的平稳性、可靠性和安全性。所以，研究光伏发电系统的最大功率点跟踪（MPPT）技术和光伏发电逆变控制技术具有重要的意义。
　　本文针对普通家庭负载用电情况，主要研究了最大功率点控制、DC/DC直流逆变、蓄电池充电方式以及并网逆变控制等相关内容。以TMS320F28035作为整个系统的控制核心。为了能够同时实现能量存储和并网逆变要求，在比较不同类型并网逆变器拓扑结构的优缺点后，两级式非隔离型并网逆变器最适合本系统，前级为DC/DC变换器，采用Boost变换器实现直流侧光伏阵列输出电压的升压功能以及MPP跟踪，后级为DC/AC变换器，使用全桥式逆变电路实现并网逆变功能。
　　在对MPPT算法研究中，本文在分析了常用的MPPT算法优缺点后，提出了一种基于自寻优+PI的新型控制算法，通MATLAB仿真表明了新型算法在标准环境情况下，能够在0.02s左右达到280W的最大功率点并且震荡很小，满足工程实际需要。此外，环境突然改变时，在经过0.01s左右的时间就重新回到了新状况下的最大功率点。相较于普通算法，系统的快速性和稳定性都极大的提高了。在蓄电池充电控制环节，通过利用MPPT技术，使用了三段式充电控制策略，在采集到的数据显示，充电电压能够达到14.2V左右，保证了电池的完全充电，具有很好充电效果，同时对蓄电池的损耗也较小。在并网逆变环节，本文使用了基于 SVPWM的控制技术，建立了三相并网逆变器数学模型。在模型分析中发现存在耦合现象，在加入了前馈解耦环节后，基于前馈解耦的SVPWM控制技术能够调节逆变器输出电压幅值为380V的正弦交流电，与电网电压同频同相，实现满足功率因数为1的并网逆变运行要求，运行效果良好。
　　最后，在基于理论分析和仿真分析的基础上，在实际应用中使用DSP作为控制系统的核心并给出了整体光伏系统的实现方案。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外光伏电站现状

1.3 光伏发电系统构成

1.4 太阳能电站未来的发展趋势

1.5 本文研究内容和章节安排

第2章 光伏发电系统分类与光伏电池建模

2.1 光伏发电系统分类

2.2 光伏并网逆变器的分类

2.3 多级非隔离型光伏并网逆变器设计

2.4 光伏电池数学建模

2.5 光伏电池模型仿真

2.6 本章小结

第3章 光伏发电最大功率点跟踪技术研究

3.1 MPPT的概述

3.2 多级非隔离型光伏并网逆变器的MPPT控制

3.3 常用的MPPT算法分析

3.4 本文采用的MPPT算法及仿真

3.5 本章小结

第4章 光伏发电系统的控制与管理

4.1 蓄电池的充电控制与管理

4.2 光伏并网逆变器及其控制

4.3 本章小结

第5章 家庭光伏电站的实现

5.1 光伏系统的容量设计

5.2 光伏发电系统硬件设计

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果