公共建筑光伏发电系统设计

【摘要】：近年来,能源供给趋紧和环境破坏成为全球性的重大问题,世界各国正在积极采取措施解决与之相关的问题。目前,光伏发电是最有前景的清洁发电方式之一,光伏发电技术应用于耗能巨大的建筑领域对缓解能源危机和改善环境质量具有非常重要的现实意义。 在各种建筑中公共建筑的单位面积耗电量和温室气体排放量最大,但这类建筑的电能需求稳定,电能管理集中；光伏发电技术在公共建筑中的应用具有很好发展前景和示范效应。基于此,本文把公共建筑教学楼的楼道照明与光伏发电技术相结合作为研究目标,就其中的关键技术进行研究设计,主要内容如下：(1)对太阳能电池阵列的工作特性和常用的6种最大功率跟踪控制策略进行深入分析,并给出6种对应的控制流程图,综合分析后,采用了一种简单而高效的最大功率跟踪方法即变步长微量导纳法,并在MATLAB中进行仿真实验,仿真结果表明该方法控制良好。(2)介绍了VRLA蓄电池工作原理及其充放电特性,分析了光伏发电系统常用充电控制的优缺点,为兼顾充电效率和蓄电池使用寿命,采用了基于最大功率跟踪的三段式充电控制方法。(3)详细阐述了SPWM基本原理,分析了SPWM调制和控制特点；为提高输出电压的稳态精度和动态响应,采用了外环有效值PI控制和内环瞬时值P控制的电压型双闭环控制方法。(4)介绍了功率主电路和控制电路的设计方案,重点分析了DC/DC变换器Buck电路和DC/AC变换器桥式逆变电路的原理及其相关参数选择,设计了基于内部资源丰富的片上系统级C8051F350单片机的控制器,对本系统采用的充电控制方法和SPWM控制方法进行实验验证,并给出必要的验证波形。从仿真和实验结果来看,本文采用的控制方法和设计的硬件电路切实可行,达到了预定目的。 最后,对本文的研究工作进行总结,并提出了更优化的控制设想,为后续的深入研究和不断完善提供些许参考。 【关键词】：公共建筑 光伏发电 最大功率跟踪 双闭环控制
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TU18
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外应用研究现状10-11
• 1.2.1 国外应用研究现状10-11
• 1.2.2 国内应用研究现状11
• 1.3 总体方案和主要内容11-14
• 1.3.1 总体方案11-12
• 1.3.2 主要内容12-14
• 第二章 离网型光伏发电系统组件及其特性14-27
• 2.1 公共建筑光伏发电系统整体结构及组成14-15
• 2.2 晶硅太阳能电池特性15-20
• 2.2.1 晶硅太阳能电池发电原理及电量方程15-17
• 2.2.2 太阳能电池的电气特性17-19
• 2.2.3 太阳能电池阵列容量设计19-20
• 2.3 VRLA蓄电池储能及特性20-26
• 2.3.1 VRLA蓄电池充放电原理21-22
• 2.3.2 VRLA蓄电池的等效电路及其主要参数22-24
• 2.3.3 VRLA蓄电池充放电特性分析24-25
• 2.3.4 VRLA蓄电池容量设计25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 公共建筑光伏发电系统硬件电路设计27-38
• 3.1 公共建筑光伏发电系统硬件电路整体结构图27-28
• 3.2 功率主电路设计28-32
• 3.2.1 DC/DC变换器电路设计28-30
• 3.2.2 DC/AC变换器电路设计30-32
• 3.3 控制电路设计32-37
• 3.3.1 基于C8051F350芯片的控制器及其外围电路设计32-34
• 3.3.2 MOSFET管驱动电路设计34
• 3.3.3 检测电路设计34-35
• 3.3.4 PWM产生电路35-36
• 3.3.5 VRLA蓄电池过充、过放及反接保护电路设计36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 公共建筑光伏发电系统控制策略研究38-56
• 4.1 发电系统电能管理策略研究38-39
• 4.2 太阳能电池阵列最大功率跟踪控制策略研究39-48
• 4.2.1 最大功率跟踪原理39-40
• 4.2.2 最大功率跟踪控制策略研究40-47
• 4.2.3 本系统选用的最大功率跟踪控制策略47-48
• 4.3 光伏发电系统充电控制策略研究48-51
• 4.3.1 充电控制方法研究48-49
• 4.3.2 本系统选用的充电控制策略49-51
• 4.4 SPWM控制策略研究51-55
• 4.4.1 SPWM调制技术51-53
• 4.4.2 SPWM控制策略研究53-54
• 4.4.3 本系统选用的控制策略54-55
• 4.5 过放电控制策略55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 实验与分析56-62
• 5.1 最大功率仿真实验与分析56-59
• 5.2 基于最大功率跟踪的三段式充电实验与分析59-60
• 5.3 双闭环控制SPWM实验与分析60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-63
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 附录67-68
• 个人简历68

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