基于UPS的光伏发电系统的研究

【摘要】：光伏发电系统将太阳能转化为电能,然后供用电负荷使用、存储或者送入电网。根据其与电网的关系,可将现有的光伏发电系统分为独立离网系统和并网系统。在离网型光伏发电系统中,光伏阵列对蓄电池充电和向负载供电,当光伏阵列发出的电能不足以供给用户使用,用蓄电池作为能量补充。但是蓄电池的供电能力有限,不足以满足用户的大功率长时间需要。在并网型光伏发电系统中,避免了这种情况发生,但是增加了逆变器的数量,增加了成本。 本文将现有的两种系统结合,即用UPS连接电网与光伏发电系统,UPS包含有双向变换器和蓄电池。交流电网断电时,普通的UPS启用蓄电池作为备用电源供电,但是蓄电池供电能力有限,不能长时间给负载供电。在带有UPS的光伏发电系统中,光伏阵列发出的电能经过UPS一边由双向变换器逆变成交流电供给负载,一边对蓄电池充电。这样不仅解决了对重要负载的正常供电,保证了供电可靠性；还解决了蓄电池的储能有限问题,延长UPS的应急供电时间；另外,从结构上,比传统的并网光伏发电系统少了一个逆变器,也节省了成本。 本文研究的主要内容包括：首先介绍带有UPS的光伏发电系统的结构及原理。在分析双向变换器的拓扑结构、工作原理的基础上,采用基于前馈解耦控制的双环控制策略,实现整流逆变不同模式的自动切换以达到能量双向流动的目的。研究方向主要侧重于双向逆变器的控制及硬件电路设计,主要包括控制方法的研究、空间矢量的实现、硬件电路设计以及仿真验证。 【关键词】：UPS 光伏发电系统 前馈解耦 双闭环控制 硬件设计
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 课题背景11
• 1.2 光伏发电系统的研究现状11-15
• 1.2.1 最大功率点跟踪技术11-12
• 1.2.2 DC/DC变换器结构12-13
• 1.2.3 双向变换器控制技术13-15
• 1.2.4 蓄电池储能技术15
• 1.3 光伏发电的运行方式15-16
• 1.4 本文主要的研究内容16-19
• 2 三相电压型PWM双向变换器的原理与控制19-35
• 2.1 PWM变换器的工作原理19-21
• 2.2 PWM变换器的建模21-25
• 2.2.1 三相静止坐标系中的数学模型21-22
• 2.2.2 同步旋转坐标系中的数学模型22-25
• 2.3 三相电压型PWM变换器的控制25-33
• 2.3.1 变换器的可逆运行原理及双环控制25-30
• 2.3.2 前馈电流解耦控制30-31
• 2.3.3 电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)31-33
• 2.4 本章小结33-35
• 3 带有UPS功能的光伏发电系统35-45
• 3.1 带有光伏发电的UPS系统的整体方案设计35
• 3.2 光伏电池特性35-37
• 3.3 磷酸铁锂电池37-39
• 3.3.1 磷酸铁锂电池的工作原理37-38
• 3.3.2 磷酸铁锂电池的特性38-39
• 3.4 DC/DC变换器设计39-43
• 3.4.1 电路拓扑结构的选择39-40
• 3.4.2 最大功率点跟踪功能的实现40-43
• 3.5 系统各功能的实现与配合43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 4 系统的硬件设计45-57
• 4.1 主电路设计45-49
• 4.1.1 功率器件IGBT的选型46
• 4.1.2 交流侧电感的设计46-49
• 4.1.3 电容的设计49
• 4.2 检测控制电路设计49-52
• 4.2.1 储能电池电流采样电路设计49-50
• 4.2.2 蓄电池电压采样电路50
• 4.2.3 电网电压过零检测50-51
• 4.2.4 相序检测电路51-52
• 4.3 保护及驱动电路设计52-55
• 4.3.1 过温保护电路52
• 4.3.2 过压保护电路设计52-53
• 4.3.3 驱动电路设计53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 5 仿真验证及分析57-63
• 5.1 仿真模块的搭建57-60
• 5.2 仿真结果分析60-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 作者简介及读研期间主要科研成果71

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