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太阳能功率变换器及并联控制研究

作　者: 付明
导　师: 张东来
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 最大功率点跟踪 功率模块并联 滞环控制 太阳能模拟器
分类号: TK513
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


传统的太阳能电池一般采用单个功率变换器,在应用中根据实际功率需求选定相应的变换器,在系统安装完成之后,再扩展功率不太容易。本课题拟设计一种太阳能功率变换器模块及其并联控制方案,在实际应用过程中,可通过直接增减并联在母线上的模块数来扩展整个供电系统的功率。本文建立了太阳能电池的仿真模型,利用扰动观察法对该模型进行了最大功率跟踪(MPPT)仿真实验,并用太阳能阵列模拟器进行了电路实验验证,通过测试变换器工作在MPPT稳定状态下时太阳能电池的输出功率特性来判断算法是否跟踪到了最大功率点。分析了无直流电源供电的太阳能功率变换模块并联控制方案,建立了两路模块并联的Simulink仿真模型,采用太阳能阵列模拟器模拟两路太阳能电池输出,进行了两路太阳能功率变换器的并联实验,针对负载处在临界状态时会产生振荡的情况设计了滞环控制方案。设计了有直流电源供电的太阳能功率变换器并联控制方案,通过引入一个直流电源给主模块供电并采用PID控制算法来稳定母线电压,连同太阳能阵列模拟器的两路输出进行了三路模块的并联实验,对并联系统进行启动、负载切换、临界状态等测试,通过模拟额定功率范围内的各种负载变化情况,测试了系统输出母线的动态响应过程及稳态性能。设计了大功率DC/DC模块,采用MOSFET并联的方式使单体变换器的功率达到了2000W,为太阳能变换器并联系统提供了一个大功率等级的变换器平台。本课题所做的仿真和实际电路实验均验证了太阳能功率变换器模块并联方案的可行性,在负载变化时,整个并联系统能够自动调节以适应负载的功率变化。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 研究目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-14
    1.2.1 太阳能在交通工具上的应用  9-10
    1.2.2 太阳能发电系统  10-13
    1.2.3 分布式能源发电系统  13-14
  1.3 主要研究内容  14-16
第2章 太阳能电池最大功率点跟踪  16-30
  2.1 引言  16
  2.2 太阳能电池的仿真模型  16-19
  2.3 最大功率跟踪算法的分析  19-24
    2.3.1 常用的MPPT 算法分析  20-23
    2.3.2 扰动观察法仿真及分析  23-24
  2.4 太阳能功率变换模块设计  24-29
    2.4.1 太阳能功率变换模块硬件电路设计  24-26
    2.4.2 太阳能功率变换模块控制方案实现  26-27
    2.4.3 实验结果及分析  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章 太阳能功率变换模块并联方案设计  30-40
  3.1 引言  30
  3.2 太阳能功率变换模块并联的理论分析  30-32
  3.3 无直流电源并联的控制方案设计与仿真  32-35
    3.3.1 太阳能功率变换器模块并联方案设计  32-34
    3.3.2 并联方案仿真及分析  34-35
  3.4 太阳能功率变换器模块并联控制方案实现  35-39
    3.4.1 控制方案实现  35-36
    3.4.2 实验结果及分析  36-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 有直流电源供电的功率变换器并联设计  40-50
  4.1 引言  40
  4.2 太阳能功率变换器模块并联方案设计  40-41
  4.3 太阳能功率变换器模块并联控制方案实现  41-46
  4.4 实验结果及分析  46-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章 大功率直流DC/DC 实验  50-59
  5.1 引言  50
  5.2 硬件电路设计及实现  50-53
    5.2.1 器件的选型及相关参数计算  50-51
    5.2.2 MOSFET 并联驱动设计  51-52
    5.2.3 主功率电路板布局设计  52-53
  5.3 大功率变换器测试结果及分析  53-58
    5.3.1 大功率变换器开环实验  53-56
    5.3.2 大功率变换器闭环实验  56-57
    5.3.3 功率损耗分析  57-58
  5.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
附录1 太阳能功率变换器模块主电路图  63-64
附录2 无直流电源供电变换器模块并联仿真模型  64-65
攻读硕士学位期间发表的论文  65-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 特殊热能及其机械 > 太阳能技术 > 太阳能转换装置和设备
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