光伏发电DCDC转换器 .pdf

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、研修内容及意义

1.1研修内容

本次研修主要是关于光伏系统DC/DC变换器的设计与仿真。要求深入学习和分析

光伏发电系统的最大能量跟踪控制、DC/DC变换器的组成和工作原理。在此基础上,完

成DC/DC变换器主电路和驱动保护电路的硬件设计,并在MATLABSIMULINK平台

上,完成控制系统的仿真。其中光伏发电系统的主要性能指标要求为:输入直流电压为

30V-40V;输出直流电压为80V,输出额定容量为200W,瞬时最大功率为700W。

1.2研修意义

自从上世纪,世界上发生了2次石油危机。由此,光伏发电开始在世界范围内受

到高度重视,并且发展十分迅速。光伏发电系统利用取之不尽用之不竭的太阳能进行发

电,具有清洁性,安全性和广泛性。同时它还具有长寿命和免维护性、一定的实用

性。除此之外,太阳能资源的充足性和潜在的巨大经济效益不仅是让我们从能源危机看

到了新的希望,更是以一种新的方式为我们指引了未来发电的趋势。远期看来,光伏发

电将以分散式电源进入电力市场,逐步取代部分常规能源。光伏发电不仅可以作为常规

能源的补充,还可以应用在特殊领域,如通信、信号电源,和边远无电地区民用生活用

电需求方面。从环境保护及能源战略上都具有重大的意义。

但是,面对目前光伏发电的现状,我们也不得不成这回总发电方式还存在着许多局

限。众所周知,太阳能具有能量密度低,稳定性差的弱点,并受到地理分布、季节变化、

昼夜交替等影响。由此导致了光伏发电受到时间周期、地理位置和气象条件的局限。此

外,再解决光伏发电成本问题的基础上,由于光伏发电没有传统电机的旋转惯量,调速

器及励磁系统,当大功率、高电压、远距离从荒漠面积输送电力到负荷中心,将会给交

流电网带来新的经济和稳定问题。同时我们还需要考虑运输成本问题。和传统能源相

比,如矿物能源,石油,水能,原子能等,光伏能量的转换效率不能令人满意。目前常

用的材料中,单晶硅的变换效率约为15%-17%,多晶硅的变换效率约为12%-14%,

非晶硅的变换效率约为

6%-10%。

对光伏系统的研究开发虽然面对重重难关,但却是大势所趋。从自动化方面,主要

研究整个光伏发电系统的设计。本次研修主要针对整个光伏发电系统前端的DC/DC转换

器部分进行研究、设计和仿真。此部分不仅要解决将光伏电池产生并输入的不稳定的直流

电压转化为稳定的直流电压和直流电流,还需要考虑最大

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能量跟踪控制,以保证最大可能的利用能源,提高系统效率。除此之外,此部分还涉及驱

动电路和保护电路,从而保证整个DC/DC转换器能正常工作。

二、研修过程及结果

2.1概述

光伏发电系统由光伏电池组(包括控制器)、蓄电池(组)、逆变器等组成,其主要

结构框图如图2.1所示:

图2.1光伏发电系统主要结构图

其中,DC/DC转换器的主要作用为:一是调节太阳能电池的工作点,使其工作在最

大功率点处,二是限制蓄电池充电电压范围。通过升压作用,将光伏电池产生的在一定范

围内波动的直流电压转换为稳定输出的直流电压。另外,最大

功率跟踪(MPPT)—般也是在这里实现。主要是控制开关管的占空比来达到电阻的匹

配。考虑的此部分电路工作的稳定性,还需要为该部分电路加上驱动保护电路。

2.2DC/DC变换器主电路图模块

2.2.1模块基本原理

光伏发电系统的最大功率跟踪常采用的DC/DC变换电路拓扑结构有不同类型

DC/DC变换器,亦称直流斩波器。其工作原理是通过调节控制开关,将一种持续的直接

电压变换为另一种直流电压,其中二极管是起续流作用,LC电路用

DC/DCbuckboost)

来滤波。典型的

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