分布式光伏电站充电桩设计

【摘要】：化石燃料消耗的污染问题和传统能源的供需紧张、不可再生促使人类开始探索新能源领域,太阳能作为新能源的典型代表,具有清洁和资源丰富等优势,越来越广泛的应用到实际的生活生产当中。电动汽车作为新能源的一项重要应用,得到政府的大力推广和支持;作为不可或缺的配套设施,充电装置的数量与覆盖范围是电动汽车健康发展的有力支撑。电动汽车本身并无污染,但电能有可能来自火力发电厂,根源上仍造成环境污染,而且若电动汽车真如燃油车那样普及,现有电网水平一定程度上是不能承受的,并且电动汽车这种非线性负载充电过程中会影响电源品质。将太阳能光伏阵列产生电能作为充电装置电能来源,能够很好的解决以上矛盾。本文通过Boost升压电路将多个分散光伏阵列并入一条电压恒定的直流母线,将较小功率光伏电站电能集中起来为电动汽车充电设施提供能量来源。连接太阳能电池板和直流母线的Boost电路应用了最大功率跟踪技术(MPPT)来最大程度输出电能;稳定于400V的直流母线电压由VIENNA整流器通过三相电整流得到;充电桩充电主电路由全桥变换器来承担,能够通过控制芯片指令(充电策略)来调整充电电压与电流。控制系统方面,对MPPT采用扰动步长自适应方法进行控制,对充电电路采用软件实现PID方法进行控制。本文通过PSIM软件对VIENNA整流器和全桥变换器进行了仿真,仿真结果显示VIENNA整流器输出电压稳定在400V,有极其微小的波动,全桥变换器能够稳定输出电压380V。本文还通过Matlab/Simulink对传统扰动观察法和自适应扰动步长方法进行了仿真对比,对比结果显示了自适应方法性能的优越性。本文最后对设计的小功率Boost电路进行了效率测试,测试结果为84.5%;对接有电池板的三个Boost电路节点进行了并联测试,输出电压被钳位到46V直流母线电压,测试结果显示各节点电路工作稳定,表明了设计的自适应扰动步长方法的有效性;对一块24V锂离子电池进行了恒流恒压充电测试,并对各个时间充电状态进行了分析;对其中一个光伏阵列并网逆变器工作状态进行了分析,显示了光辐照强度、输入电压电流与输出电压电流之间的关系。 【关键词】：太阳能光伏 最大功率跟踪 电动汽车充电站 开关电路
【学位授予单位】：齐齐哈尔大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46;TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 课题研究意义与背景11-13
• 1.1.1 能源危机与环境污染11-12
• 1.1.2 电动汽车充电对电力系统影响12
• 1.1.3 太阳能光伏与电动汽车结合可行性12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 光伏发电应用现状13
• 1.2.2 电动汽车电能补给方式13-14
• 1.2.3 太阳能充电站发展现状14-15
• 1.2.4 最大功率跟踪技术研究现状15-16
• 1.3 课题主要研究内容16-17
• 2 光伏充电系统整体方案17-25
• 2.1 电动汽车充电需求分析17
• 2.2 系统总体结构设计17-18
• 2.3 光伏阵列与并网设计18-20
• 2.3.1 光伏组件选型与连接18-19
• 2.3.2 逆变器并网设计19-20
• 2.4 车载蓄电池与充电策略选择20-24
• 2.4.1 蓄电池类型20-22
• 2.4.2 蓄电池充电策略22-24
• 2.4.3 影响充电速率因素24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 最大功率跟踪系统仿真25-34
• 3.1 最大功率跟踪原理与分类25-29
• 3.1.1 恒电压控制法26
• 3.1.2 扰动观察法26-27
• 3.1.3 电导增量法27-28
• 3.1.4 其他MPPT控制28-29
• 3.2 光伏电池仿真模型29-31
• 3.3 扰动观察法与自适应扰动变量法仿真31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 系统硬件设计34-49
• 4.1 光伏端电路设计34-38
• 4.1.1 MPPT主电路设计34-36
• 4.1.2 驱动电路设计36
• 4.1.3 电压检测电路36-37
• 4.1.4 电流检测电路37-38
• 4.2 控制系统设计38-40
• 4.2.1 控制芯片选型38
• 4.2.2 控制器最小系统设计38-39
• 4.2.3 引脚使用规划39-40
• 4.3 直流母线稳压电路设计40-42
• 4.4 充电电路设计42-48
• 4.4.1 全桥变换器控制方式42-43
• 4.4.2 全桥变换器设计43-45
• 4.4.3 IGBT驱动电路设计45-47
• 4.4.4 CAN通信电路设计47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 系统软件设计49-60
• 5.1 最大功率跟踪软件设计49-52
• 5.1.1 MPPT算法设计49-51
• 5.1.2 PWM输出实现51-52
• 5.2 充电桩控制软件设计52-58
• 5.2.1 充电策略算法设计52-53
• 5.2.2 CAN通信软件设计53-54
• 5.2.3 PID程序设计54-58
• 5.3 用户界面设计58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 测试与分析60-66
• 6.0 Boost电路效率60
• 6.1 Boost电路并联测试60-63
• 6.2 锂离子电池充电测试63
• 6.3 逆变器并网测试63-65
• 6.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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