直流模块式建筑光伏系统DC/DC变换研究

摘要

将光伏系统与建筑物组合在一起，不但能够使发电成本降低，而且能够减少长距离输电的电能损耗。因此，本文针对建筑光伏(Building Mounted Photovoltaic,BMPV)这一热点问题进行研究，对直流模块式BMPV系统的能量变换结构以及前级DC/DC变换器的拓扑结构进行分析，研究适合BMPV系统的最大功率点的跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制算法，对直流变换器的硬件及软件进行设计，通过 Matlab仿真软件进行仿真分析。
　　首先对系统的能量变换结构进行研究，并对前级变换器的电路拓扑进行分析。DC/DC变换器的性能好坏将直接影响到整个系统的效率，体积，功率，可靠性等指标，所以对直流变换器进行着重分析。先从结构上对各类直流变换拓扑进行比较；根据BMPV系统对DC/DC变换器的要求，提出一种基于软开关技术的低边有源箝位反激电路作为直流变换器的主电路拓扑；详细介绍这种拓扑结构的换流过程和软开关实现条件。
　　提出新的MPPT控制算法。先构建光伏电池的数学模型，用Matlab对其输出特性进行仿真分析，对几种常用的MPPT控制算法进行优缺点分析，并根据直流模块式BMPV系统的特点，提出新型变步长组合法作为建筑光伏系统的MPPT控制算法。该算法既能解决跟踪步长选择和局部最大功率点的问题，又能提高跟踪速度及跟踪精度。
　　对变换器的硬件电路及软件实现两部分进行研究。先对主电路中的的各元件参数进行详细计算，对辅助电路中的采样电路、驱动电路以及辅助电源进行设计。然后对控制芯片进行简单介绍，对主程序和MPPT中断子程序的软件流程图进行设计。
　　最后，在Matlab环境下对变换器以及最大功率跟踪算法进行仿真，并对仿真结果进行分析。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 建筑光伏系统概述

1.3 国内外发展及应用现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 建筑光伏系统结构及前级变换器研究

2.1 建筑光伏系统能量变换结构研究

2.2 DC/DC变换器拓扑结构比较分析

2.3低边有源箝位反激变换器的研究

2.4本章小结

第三章 建筑光伏系统最大功率跟踪技术的研究

3.1 光伏电池及其特性

3.2最大功率跟踪控制概述

3.3 适用于建筑光伏系统的新型变步长组合法

3.4 本章小结

第四章 直流模块的硬件设计与软件实现

4.1 直流模块硬件电路设计

4.2控制系统软件实现

4.3 本章小结

第五章 仿真与结果分析

5.1 直流变换器的仿真及仿真波形分析

5.2控制算法的仿真分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

在读期间公开发表的论文

致谢