负载适应型光伏模块集成式变换器关键技术研究

摘要

与太阳能电池板集成的模块集成式变换器(Module Integrated Converter，MIC)可以针对每块光伏电池提高光伏能量利用率、降低光伏阵列中部分遮蔽对发电系统的影响，因而其在光伏发电系统中得到了广泛的关注。针对MIC的研究多以电路拓扑、效率优化和串联运行为主，而针对储能和独立负载应用的研究较少。本文针对Boost拓扑的MIC，对其负载适应（识别）、功率追踪和串并联运行等关键问题进行了研究。
　　分析了光伏电池组件的常见工作状态及其应用场合。阐述了Boost型MIC主电路的工作原理，并根据不同负载的工作模式利用状态空间平均法和小信号分析法得出变换器在输入电压控制模式与输出电压控制模式下的传递函数，在此基础上针对每个控制目标进行控制系统设计。分析比较了光伏MIC在不同负载下的稳态特性，分析了常见切换方法的优缺点，针对MIC在不同运行工况下控制变量的特征，设计了系统的有限状态机;提出一种基于有限状态机的能够满足MIC多工况快速切换的方法，实现了控制回路层面上的状态快速切换。
　　采用变步长的电阻增量法对太阳能电池板的输出进行最大功率追踪，有效解决了光伏最大功率跟踪快速性与最大功率点稳态振荡的问题，并通过PSIM仿真验证了算法的快速性与准确性。
　　设计完成了光伏模块集成式变换器样机，实验结果表明，样机实现了有限状态机的快速切换、最大功率跟踪以及模块的串并联运行。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 负载适应型光伏模块集成式变换器的研究现状

1．3 光伏发电系统的结构

1．4 光伏负载多样化问题

1．5 本文主要研究内容

第二章 光伏模块集成式变换器系统分析

2．1 模块集成式变换器功率电路

2．2 MIC功率级电路建模

2．2．1 MIC输出电压控制模式

2．2．2 MIC输入电压控制模式

第三章 光伏最大功率追踪设计

3．1 光伏电池工作原理

3．2 光伏电池的电路模型

3．3 环境因素对最大功率点的影响

3．4 最大功率点跟踪算法

3．5 MPPT设计

3．6 最大功率跟踪仿真

第四章 光伏模块集成式变换器控制系统设计

4．1 光伏模块集成式变换器负载分析

4．2 负载适应型MIC控制系统设计

4．3 太阳能电池板的扰动抑制研究

4．4 扰动抑制的PSIM仿真

4．5 MIC串并联运行

4．5．1 MIC串联运行

4．5．2 MIC并联运行

第五章 负载适应型MIC设计与实现

5．1 系统的硬件设计

5．1．1 主电路参数设计

5．1．2 采样电路设计

5．1．3 驱动电路设计

5．1．4 辅助电源设计

5．2 系统软件设计

5．2．1 主程序

5．2．2 AD中断服务程序

5．2．3 MPPT程序

5．2．4 数字控制算法的实现

第六章 实验结果与分析

6．1 MPPT实验结果

6．2 负载适应实验结果

6．3 MIC并联运行实验结果

6．4 MIC串联运行实验结果

第七章 总结与展望

7．1 全文工作总结

7．2 未来工作的展望

致谢

参考文献

作者攻读硕士期间发表的文章

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