直流模拟式光伏建筑一体化(BIPV)研究

摘要

研究光伏建筑一体化(BIPV)系统无论是从社会经济发展，还是从环境的角度来考虑都具有重大现实意义。本文针对并联直流模块式BIPV系统结构，重点对直流模块中光伏组件特性、最大功率点跟踪(MPPT)、有源箝位型电流溃入半桥DC-DC拓扑以及集中逆变模块的并网控制进行了研究，最后搭建了直流模块实验平台。
　　 首先介绍了国内外BIPV应用现状，比较分析了集中式、串式、交流模块式等适用于BIPV系统结构。根据直流模块高增益、小功率、低输入电压、高效率等方面的要求选取了DC-DC拓扑，并对其运行原理以及四个开关管的ZVS进行了详细的理论分析和仿真分析。
　　 针对集中逆变模块，简述了集中逆变器的技术要求，对常用的并网控制策略进行了比较分析，采用了并网电流内环，直流母线电压外环，电网电压前馈的双闭环控制方式，实现并网电流与电网电压同频同相控制，仿真结果表明此种控制策略有效可行。
　　 利用MATLAB软件建立了光伏电池的工程仿真模型，对标准条件下不同温度和不同光照强度下的输出特性进行了仿真研究。本文分析比较了常规MPPT控制方法的优缺点，最后，采用了一种变步长的扰动观察法实现MPPT控制，提高光伏电池的利用效率。
　　 设计了200W的直流模块，详细给出了主电路开关管、升压电感、箝位电容以及高频隔离变压器等主要参数的设计和选择，并以XE164FM为核心控制芯片设计了控制系统。最后，搭建了直流模块实验平台，实验结果验证了直流模块的可行性。