电流馈入式半桥光伏储能的研究

摘要

由于目前可再生能源中，太阳能具有取之不尽用之不竭、清洁无污染等特点，使得采用太阳能进行发电的方法倍受关注。而在利用太阳能进行发电的方法之一是技术进步以及成本不断降低的光伏发电。为了进一步地提高光伏发电的效率，光伏系统中的电路拓扑研究以及控制算法的研究成为了目前的热点课题。因此，本论文选择了光伏系统为研究框架，以最大限度地利用太阳能和锂离子电池储能为目标，开展了基于电流馈入式半桥变换器的光伏储能系统的理论和实验研究。论文的研究内容与结果如下： （1）实现了基于前级DC/DC变换器的光伏阵列的最大功率点跟踪，这是整个光伏系统中最重要的部分，可以有效地提高系统的发电水平。首先对光伏阵列的理论进行了介绍，然后建立了其数学建模，并且利用 Matlab 实现了仿真，通过仿真曲线对比验证了所建立的模型的正确性；再从电流馈入型半桥变换器的基本原理入手，对电路拓扑进行研究分析，然后再对最大功率点跟踪算法进行学习实现；最后，实现了基于前级DC/DC变换器的MPPT （Maximum Power Point Tracking）仿真验证。从仿真结果可以看出，该MPPT控制方法在大约0.01s的时间内可以稳定且快速地追踪到光伏阵列的最大功率点，并且可以随外界环境的变化而准确地做出相应的变化。因此，通过仿真结果表明，针对本系统所设计的前级DC/DC变换器中利用MPPT控制算法可以有效地追踪到最大功率点，提高了光伏发电水平。 （2）分析了锂离子电池的工作原理以及其常用的充放电控制策略，并且运用了两阶段的充电控制和恒流放电的方法。然后结合所选择的双向DC/DC 充放电电路进行了两阶段充电控制算法和恒压放电控制算法的仿真，结果充分验证了控制算法及电路参数的合理性。最后设计了基于本系统的能量管理策略，并且对于每一种的工作模式都进行了仿真验证，通过仿真结果表明，所设计的能量管理方法能够很好地应用于本系统中。 （3）光伏储能系统的软硬件实现。根据本课题的整体要求，首先设计了系统的硬件电路，主要包括：前级DC/DC变换器和双向DC/DC变换器、驱动电路、电流电压检测等电路；接着进行了系统软件部分的设计，利用CCS 软件编写了软件程序，最后进行了实验验证。实验结果表明：前级DC/DC 变换器能够很好地跟踪到光伏阵列的最大功率点；后级的双向DC/DC 变换器也能够实现储能功能以及放电功能；因此验证了所设计的电路系统可以较好地实现本课题所提出的控制方案以及其相应的功能，而且控制方案简单可行。

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