基于太阳能电池组件失配的户用型光伏发电系统的研究

摘要

太阳能光伏发电作为缓解能源紧张的新途径，在世界范围内得到了快速地发展。而随着太阳能发电的普及，失配的问题也凸显出来。对于传统型户用光伏发电系统，当太阳能电池组件阵列中出现失配问题时，将会导致电池组件阵列最大功率的误跟踪从而使整个系统输出功率大幅下降。本课题针对这个问题，提出了一种改进型系统，其理念是在传统型系统的基础上，为每块太阳能电池组件配备一块具有MPPT功能的DC-DC电路来保证失配情况下的最大功率输出，其优点为改造成本低，失配情况下提高的发电量高。 本课题所研究内容如下: 1、利用PSIM仿真软件对传统型户用光伏发电系统的失配问题进行了研究。首先对传统型系统进行了电路设计和参数的计算，然后根据其系统结构搭建了PSIM仿真模型。通过仿真在部分阴影遮盖下电池组件阵列的电压输出，验证了失配时最大功率点的误跟踪;通过仿真电池组件在不同阴影面积下的功率输出，验证了失配时的功率损失以及其与失配程度的关系。 2、针对失配问题，提出了一种改进型系统结构，根据该结构所用DC-DC变换器的不同分为两个改进方案，即采用boost变换器和buck变换器。首先对改进型系统进行了电路设计和参数的计算，然后利用PSIM软件对两种改进方案进行了仿真。通过仿真失配情况下改进型系统的功率输出，验证理论的可行性。经过与传统型系统的对比分析，两个改进方案的输出功率分别提高了108.2％和112.2％。 3、制作了boost变换器、buck变换器等硬件实物，利用光伏组件、电子负载等设备搭建了传统型系统以及改进型系统的试验硬件。在部分阴影遮盖的失配情况下，分别针对传统型系统和改进型系统的最大功率点电压、输出功率、一天内的发电量等重要数据参数进行了试验。经过对试验数据地具体分析，在考虑变换器功率损耗的情况下，两个改进方案一天中的发电量分别比传统型系统提高了68.3％和72.2％。最终验证了改进方案在解决失配问题上的优势。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 光伏发电产业的现状

1．2 户用型光伏发电系统的失配问题

1．3 对于失配问题的研究现状

1．4 本课题的研究内容与创新点

第二章 传统型户用光伏发电系统的失配及其改进

2．1 传统型户用光伏发电系统的构成

2．2 传统型户用光伏发电系统的失配问题

2．2．1 失配情况下光伏阵列的输出特性

2．2．2 失配情况下系统的MPPT控制

2．3 针对失配问题的系统改进

2．3．1 改进型系统的整体结构

2．3．2 改进的两种方案

2．4 本章小结

第三章 户用型光伏发电系统的电路设计及PSIM仿真

3．1 传统型光伏发电系统的仿真

3．1．1 电池组件阵列的仿真

3．1．2 逆变器设备的仿真

3．1．3 MPPT控制的仿真

3．1．4 系统仿真电路的设计与仿真目的

3．1．5 仿真结果

3．2 改进方案一：boost变换器的采用

3．2．1 系统仿真电路的设计

3．2．2 仿真结果

3．3 改进方案二：buck变换器的采用

3．3．1 系统仿真电路的设计

3．3．2 仿真结果

3．4 本章小结

第四章 硬件电路的设计调试及试验结果

4．1 boost变换器的设计调试及MPPT的实现

4．1．1 boost变换器的电路参数

4．1．2 采样电路的设计及校正

4．1．3 功率开关管的驱动电路设计

4．1．4 boost变换器的升压调试

4．1．5 boost变换器MPPT控制的调试

4．2 buck变换器的设计调试及MPPT的实现

4．2．1 buck变换器的硬件设计

4．2．2 buck变换器的降压调试

4．2．3 buck变换器MPPT控制的调试

4．3 方案一 (采用boost变换器)的试验设计及试验结果

4．3．1 传统型光伏发电系统的系统硬件设计

4．3．2 方案一的系统硬件设计

4．3．3 试验目的及方法

4．3．4 试验结果

4．4 方案二 (采用buck变换器)的硬件设计及试验结果

4．4．1 方案二的系统硬件设计

4．4．2 试验结果

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

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