基于三重化DC-DC变换器的光伏系统控制研究

摘要

传统能源的储量近年来不断减少，并且化石能源的燃烧产生的废气是导致全球变暖以及酸雨等环境问题的主要因素之一，环境污染会直接影响人类的身体健康。因此，寻求清洁可持续发展的替代能源成为一个研究热点，风能、太阳能等可再生能源受到了广泛关注。鉴于太阳能储量丰富，清洁无污染，分布地域广等优点，对太阳能的开发利用技术应运而生，太阳能光伏发电因此发展迅速。光伏发电的推广应用，在一定程度上缓解了能源紧张的局面。
　　随着光伏发电产业的不断发展，系统规模日益扩大，功率等级也不断提升。本文将三重化DC-DC变换器应用于大功率光伏发电系统，达到减小光伏电池输出电流纹波、减小每一路电感电流及降低对开关管的容量要求等目的。针对三重化Boost变换器结构提出了基于占空比寻优的MPPT算法，在实现最大功率追踪的同时，保证了三路电感的均流。基于三重化变换器的优点，本文提出将三重化双向DC-DC变换器作为储能变换器，实现储能装置与直流母线的能量交换。对于光伏储能系统，本文提出一种基于系统运行模式的协调控制方法，分别控制光伏侧变换器及储能变换器，保证系统稳定运行。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型，通过仿真验证了本文提出的基于占空比寻优的MPPT算法及协调控制算法的可行性。之后在仿真基础上，搭建了实验平台，并在硬件平台上验证了所提出的控制算法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 国内外光伏发电发展概况

1．1．1 国外发展概况

1．1．2 国内发展概况

1．2 光伏发电系统类型

1．2．1 独立式光伏发电系统

1．2．2 并网式光伏发电系统

1．3 蓄电池储能技术

1．3．1 蓄电池储能技术概况

1．3．2 蓄电池充放电控制方法

1．4 本文研究工作与内容

第2章 DC-DC变换器结构研究

2．1 Buck变换器

2．2 Boost变换器

2．2．1 Boost变换器结构

2．2．2 Boost变换器在光伏系统中应用

2．3 三重化Boost变换器

2．3．1 三重化Boost变换器结构

2．3．2 三重化Boost变换器纹波分析

2．4 本章小结

第3章 基于三重化Boost变换器的光伏系统控制策略研究

3．1 光伏特性分析

3．1．1 光生伏特效应

3．1．2 光伏电池数学模型

3．1．3 光伏电池输出特性仿真分析

3．2 光伏发电MPPT控制策略

3．2．1 MPPT概述

3．2．2 恒定电压法

3．2．3 扰动观察法

3．2．4 电导增量法

3．3 基于三重化Boost变换器的光伏系统MPPT控制方法

3．3．1 基于占空比寻优的MPPT控制策略

3．3．2 仿真结果

3．4 本章小结

第4章 光伏储能系统协调控制策略研究

4．1 双向DC-DC变换器

4．1．1 常用的双向DC-DC变换器结构

4．1．2 双向半桥变换器优点

4．2 光伏发电与储能系统协调控制策略

4．2．1 光伏储能系统结构

4．2．2 协调控制策略

4．3 仿真结果

4．4 本章小结

第5章 实验平台及实验结果

5．1 主电路设计

5．1．1 电感参数

5．1．2 IGBT与电力二极管

5．1．3 直流母线侧电容

5．1．4 霍尔元件

5．2 控制系统设计

5．2．1 驱动板的选择

5．2．2 信号采集与调理电路

5．2．3 DSP板及接口电路

5．3 软件设计

5．3．1 软件介绍

5．3．2 软件流程

5．4 实验结果

5．4．1 系统调试

5．4．2 实验验证

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作

致谢