分布式光伏DC/DC供电控制研究与设计

摘要

随着能源的危机和环境的恶化，在全球的范围人们越来越重视可再生能源发展和利用，而光伏发电作为一种新能源利用形式，因为其能源来源便捷、无污染、安装简单、维护方便等特点得到了快速的发展。但是现阶段光伏发电仍有部分技术瓶颈，例如发电效率低、成本高等问题，因此本文将针对光伏DC/DC供电电路进行深入的研究，解决光伏系统存在问题。 首先，本文研究了分布式光伏发电系统的MPPT技术，在对现有几种常见MPPT方法研究分析后，选择性能较好的扰动观察法作为主要研究方法，并针对其存在的“震荡”“误判”等缺陷，提出了一种具有功率预测的改进切线角的最大功率跟踪方法，有效解决了扰动观察法存在的缺陷，显著提高了系统稳定性和光伏发电转换效率。 其次，本文深入研究了光伏DC/DC电路，直流母线电压控制是目前面临的主要技术难点，本文采用交错并联Boost技术及改进型电流前馈的母线电压波动抑制控制方案从硬件设计和控制策略上分别解决了技术难题。深入分析交错并联电路运行特性，相比于Boost电路其输出电路纹波幅值降低且在相同开关频率下电流纹波频率为原来两倍。利用空间状态分析法对交错并联Boost电路搭建小信号模型，对系统在稳定工作点的稳定情况进行了分析。然后针对直流母线电压波动对后级影响难题提出一种输出电流前馈的母线电压波动抑制控制方案，通过该方法不仅能够有效控制直流母线电压宏观稳定，而且有效的减小了波动对并网电流的影响，提高并网电能质量。 最后，根据本文提出控制方案，搭建仿真模型，对理论进行验证，设计和计算了系统的主功率电路参数及器件选型，同时设计了外围硬件电路包括，预充电电路、采样电路，驱动电路等，并对电路的设计和器件的选型进行了详细的阐述，搭建了基于DSP28335系统实验硬件平台对实验样机进行了实验测试。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1选题背景及研究意义

1．2太阳能的开发与利用

1．2．1光伏电池的发展

1．2．2光伏发电系统的分类

1．3光伏发电系统的关键技术概述

1．3．1 MPPT控制技术

1．3．2光伏DC／DC技术研究

1．3．3直流母线电压控制研究

1．4本文的研究内容

第2章光伏电池特性与MPPT控制算法的研究

2．1分布式光伏并网系统的结构介绍

2．2光伏电池简介

2．2．1光伏电池基本原理及其数学模型

2．2．2光伏电池的MATLAB／Simulink的模型搭建

2．2．3光伏电池的特性分析

2．3 MPPT控制算法研究

2．3．1 MPPT控制算法的基本原理

2．3．2固定电压法

2．3．3扰动观察法

2．3．4电导增量法

2．3．5常见MPPT算法的优缺点分析

2．4改进型MPPT算法研究

2．4．1传统变步长MPPT控制算法问题分析

2．4．2具有功率预测的改进切线角变步长MPPT控制

2．4．3改进型的MPPT算法仿真波形分析

2．5本章小结

第3章交错并联Boost控制策略研究

3．1分布式光伏DC／DC电路的拓扑选择

3．2交错并联Boost运行特性

3．2．1 DCM、CCM运行模式分析

3．2．2电感电流纹波特性

3．3交错并联Boost电路的小信号建模

3．3．1小信号分析模型的建模方法

3．3．2开关周期内工作状态分析及其模型建立

3．3．3状态变量的平均化处理

3．3．4相关变量扰动的分离与线性化

3．3．5小信号动态方程的建立

3．4交错并联Boost的稳定性分析

3．5改进型输出直流母线电压控制

3．5．1传统并网逆变器直流母线电压控制

3．5．2直流母线电压波动对系统的影响

3．5．3改进型电流前馈的波动抑制策略

3．5．4仿真波形分析

3．6本章小结

第4章系统硬件设计与实现

4．1系统的总体设计及其性能指标

4．2系统的功率电路硬件设计

4．2．1储能电感的设计

4．2．2直流输出电容设计

4．2．3开关管的选择

4．2．4预充电电路设计

4．3系统的控制电路硬件设计

4．3．1控制电路功能及其资源分配

4．3．2采样电路设计

4．3．3驱动电路设计

4．3．4光耦隔离电路的设计

4．4本章小结

第5章系统软件设计及其结果分析

5．1系统的软件架构设计

5．2系统的各部分软件设计

5．2．1 EPWM模块的交错程序设计

5．2．2 AD采样程序设计

5．2．3电压软启动程序设计

5．2．4 MPPT控制程序设计

5．2．5恒压模式程序设计

5．3系统实验结果分析

5．3．1实验硬件平台的介绍

5．3．2电路运行中的相关波形分析

5．3．3恒压闭环的实验波形及其结果分析

5．3．4 MPPT控制实验波形及其结果分析

5．4本章小结

第6章总结与展望

6．1工作总结

6．2展望

参考文献

致谢

硕士期间所做的工作及科研成果