应用于独立光伏发电系统的功率管理器

【摘要】：进入21世纪以后,随着全球经济的发展和人口的增长,能源危机和环境污染等问题日益突出,发展可再生能源产业是解决上述问题的重要途径之一。光伏能源具有清洁、可再生、无噪音等优点,是优秀的新能源之一。但由于光伏发电受环境影响大,其输出的能量具有较强的随机性性。传统的解决方案主要是通过配置大容量储能元件,来维持输出电压,抑平光伏的波动,实现光伏发电系统功率的稳定输出。论文选择独立的光伏发电系统的能量管理方法作为研究目标,分析了常用的独立光伏发电系统中作为能量管理器的直流变换器,针对所选的变换器拓扑研究了独立光伏发电系统的能量管理策略,提出了LPPT的管理算法,并在研制的样机上进行了实验验证。 论文的第一章总结了光伏发电系统几种常见的系统架构,以及其相应的功率管理方法,分析了其各自的优缺点。介绍了论文研究内容。 论文的第二章针对现有的光伏用直流变换器建立了其损耗模型,并对其优缺点进行了分析。针对论文的研究目标,选择较为合适的直流变换器拓扑,对其进行了设计。 论文的第三章主要针对光伏的输出功率管理的算法进行了研究。建立了光伏直流变换器的交流小信号模型,设计了其控制环路。分析了MPPT的工作原理,在此基础上,提出了LPPT的控制原理。同时分析了MPPT和LPPT两种控制模式的切换方法。 论文的第四章介绍了研制的一台5kW的实验样机,在该实验样机上对MPPT和LPPT的算法进行了实验研究。 第五章对论文完成的研究工作进行了总结,并讨论了光伏发电系统领域今后的发展方向。 【关键词】：三电平直流变换器 光伏 最大功率 功率管理
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 光伏电池原理及特性9-12
• 1.2.1 光伏电池工作原理9-10
• 1.2.2 光伏电池工作特性10-12
• 1.3 国内外非隔离光伏发电系统的现状与发展趋势12-18
• 1.3.1 非隔离并网光伏发电系统12-15
• 1.3.2 非隔离独立光伏发电系统15-18
• 1.4 研究内容18-20
• 第2章 高效率直流变换器的结构分析与比较20-31
• 2.1 光伏发电系统需求分析20-21
• 2.2 直流变换器电路损耗分析21-28
• 2.2.1 两电平DC/DC变换器损耗分析22-25
• 2.2.2 三电平DC/DC变换器损耗分析25-28
• 2.3 非隔离型DC/DC效率比较28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 独立光伏发电功率管理算法的设计31-46
• 3.1 独立光伏发电系统功率流动分析31-33
• 3.2 独立光伏发电系统控制架构33-36
• 3.2.1 光伏三电平Boost建模33-35
• 3.2.2 三电平直流变换器控制环路设计35-36
• 3.3 最大功率跟踪算法36-39
• 3.4 限定功率跟踪算法39-45
• 3.4.1 静态条件下LPPT算法工作方式39-42
• 3.4.2 动态条件下LPPT算法工作方式42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 光伏发电系统实验平台与测试46-54
• 4.1 硬件电路与设计46-49
• 4.1.1 控制系统结构46-48
• 4.1.2 主电路参数48-49
• 4.2 实验平台测试49-53
• 4.2.1 MPPT实验49-50
• 4.2.2 静态条件下LPPT实验50-52
• 4.2.3 动态条件下LPPT实验52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 总结与展望54-55
• 参考文献55-60
• 附录A (功率变换器损耗模型)60-67
• 1. 单Boost电路损耗分析60-61
• 2. 交错并联Boost电路损耗分析61-63
• 3. 飞跨电容Boost电路损耗分析63-64
• 4. 三电平Boost电路损耗分析64-67
• 附录B (样机照片)67-68
• 攻读硕士学位期间发表论文68-69
• 致谢69

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