光伏升压DC/DC功率变换器的设计与研究

摘要

随着石化资源的日渐枯竭，将太阳能转化成电能是目前比较普遍的一种应用方式，但是在转换的过程中，太阳能电池的光电转换效率低下一直是一个困扰太阳能大面积应用的关键问题。所以，研究怎样高效率的利用太阳能进行发电就成了光伏发电的重点研究领域。提高太阳能电池的功率输出效率和优化太阳能电池的后级功率变换电路的结构是高效利用太阳能进行发电的两个重点研究方向。
　　本文将交错并联技术引入到光伏发电系统的DC/DC功率变换器中，以TMS320C28035作为控制芯片，设计了满足在光伏发电系统中能有效进行最大功率点跟踪的满载功率为500W的DC/DC功率变换器，通过在太阳能电池阵列模拟器上进行测试，各项结果达到了设计要求。本文主要完成以下几方面的工作:
　　(1)对实际工程中常用的几种MPPT控制算法进行了介绍，重点研究了扰动观察法和电导增量法，通过仿真研究指出了扰动观察法和电导增量法的优点和不足，电导增量法更具有工程应用价值;
　　(2)针对光伏发电系统对功率变换电路的特殊要求，提出使用交错并联Boost电路作为太阳能电池板的后级功率变换电路，研究了交错并联Boost电路的工作模式并对交错并联Boost电路进行建模，为后面的系统设计提供了理论基础;
　　(3)仿真研究了交错并联Boost电路的纹波抵消能力并设计利用LLC谐振电路进行高频隔离，利用小信号建模得出交错并联Boost电路传递函数，针对电流环路设计补偿环节，根据控制对象的特点提出了双闭环控策略并针对电压环路设计了补偿环节，改善了系统动态与稳态性能;
　　(4)根据电路的参数要求，对各部分硬件电路进行详细的分析设计，按照系统功能要求，编写各部分的软件程序，包括MPPT程序，中断服务子程序，后台任务状态机程序等，结合硬件电路进行软件调试，经过验证分析，本文设计的DC/DC功率变换器可以很好的跟踪太阳能电池板的最大功率输出，并向后级提供稳定直流母线电压。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 光伏发电系统结构

1．3 课题研究内容

1．4 本文结构

第2章 太阳能电池与MPPT算法研究

2．1 引言

2．2 光伏发电原理

2．2．1 太阳能电池阵列结构

2．2．2 太阳能电池工作原理

2．3 太阳能电池的仿真模型

2．3．1 太阳能电池的建模与仿真

2．3．2 太阳能电池的电气特性分析

2．4 MPPT控制算法

2．4．1 MPPT简介

2．4．2 扰动观察法

2．4．3 电导增量法

2．4．4 MPPT仿真跟踪分析

2．5 本章小结

第3章 光伏升压DC／DC变换器拓扑结构与控制研究

3．1 引言

3．2 常用光伏DC／DC功率变换器

3．3 交错并联Boost工作原理与建模

3．3．1 光伏系统对变换器的特殊要求

3．3．2 两相交错并联Boost电路的建模

3．3．3 交错并联纹波分析

3．4 LLC谐振电路的工作原理

3．5 系统控制设计

3．5．1 交错并联Boost电路小信号模型

3．5．2 控制策略

3．6 本章小结

第4章 光伏升压DC／DC变换器软硬件设计

4．1 引言

4．2 总体设计方案

4．3 硬件设计

4．3．1 交错并联Boost变换器参数设计

4．3．2 LLC谐振电路参数设计

4．3．3 控制电路设计

4．3．4 驱动和采样电路设计

4．4 软件设计

4．4．1 软件的总体设计

4．4．2 主程序设计

4．4．3 中断服务子程序设计

4．4．4 后台系统任务程序设计

4．4．5 A／D算法程序设计

4．5 实验结果与分析

4．5．1 主电路运行分析

4．5．2 MPPT跟踪实验的结果与分析

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所做的工作