隨著太陽能發電技術的日益成熟，太陽能的發電應用在世界范圍內得以迅速推廣。因此，太陽能光伏發電系統設計的作用越來越被人們所重視。 在現階段，光伏發電系統的設計主要以系統工程師的設計為主，很少有計算機輔助的成分，因此設計出的方案帶有較大的主觀性和不確定性。由于光伏發電系統的設計過程中涉及到的數據量很大，所以工程師在設計過程中難免會忽略甚至錯誤地計算某些數據，從而導致部分資源沒能得到合理地利用。如果能將計算機輔助設計融入到光伏發電系統的設計中來，一是可以大量節省光伏系統設計的時間，二是可以確保設計出的方案具有較高的實用性，并且可以使各種資源得到最大的利用。 國外目前應用的光伏系統設計相關軟件主要有：德國西門子的PVDesigner，瑞士的PVSyst，加拿大的RETScreen，德國的PVSOL等。而國內在光伏系統設計方面的軟件產品幾乎為空白，因此開發一款適合在國內使用的光伏系統輔助設計軟件具有重要的意義。 綜上所述，本課題有較大的需求空間，并具有廣闊的發展前景，對發展國內光伏發電系統具有深遠的意義，同時具備應用和研究價值。筆者建立了光伏發電系統輻射量計算的數學模型，并根據數學模型應用Visual C＃開發出適用于Windows平臺的光伏系統輔助設計軟件。該設計軟件除了能進行一般的數據計算之外，更重要的是能自動地求出太陽電池組件、逆變器數目以及它們各自的串并聯數目，為光伏發電系統的設計者解決設計中最為困難的問題，省去設計者大量的重復而復雜的分析和計算，為光伏發電系統的應用打開一扇方便之門。而通過實例驗證，筆者設計的光伏系統輔助設計軟件可為光伏發電系統提供較為合理的配置方案。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著市場經濟和現代化工業的發展，能源短缺和環境污染，已經成為制約人類社會健康發展的兩大重要因素。新能源的開發與利用愈來愈受到重視，太陽能以其清潔環保、蘊藏豐富等優點逐步得到了開發利用。光伏逆變電源作為太陽能利用中主要的能量變換裝置，是目前研究和發展的重要環節。 本課題研究的是可并網三相光伏逆變電源，以追求體積小、效率高、精度大、方便實用為目的，采用了DC—HFAC—DC—LFAC三級功率傳輸架構，設計中使用了SPWM技術、SVPWM技術、內高頻環技術、DSP數字控制技術和數字鎖相環技術等前沿實用技術。 直流DC—DC變換器采用內高頻環技術，既實現了電氣隔離又大大的減小了裝置體積。這一部分本文不做涉及，本文所涉及的內容為本系統的DC—AC逆變電源部分，本論文的主要內容如下： 首先，分析了幾種DC—AC逆變器的主電路拓撲結構，根據其優缺點與實際應用需要，選擇三相四橋臂結構作為本文主電路結構，滿足了電網負載的不平衡性。在選擇了三相四橋臂結構的基礎上，選取兩種最新的SVM控制方法：基于三態滯環的瞬時空間電流相量控制法與二維空間矢量控制法，對兩種方法作出詳細分析比較，根據實用性原則，選取二維空間矢量控制法作為本文的控制方法。 其次，選取了主控芯片TI公司的TMS320F2812，電路中的功能盡量數字化實現，既控制了電路體積，又大大提高了系統的安全性與可靠性。設計了本系統的控制電路、驅動電路、緩沖電路、保護電路、濾波器電路等系統電路，本系統所有硬件電路均設計完畢。為了驗證設計的正確性，大部分電路都用ORCAD—Pspice仿真軟件進行仿真驗證，小部分電路搭建實際電路，設計電路都能達到系統設計要求。 隨后，簡單介紹了DSP編程環境CCS。詳細分析了SVPWM的工作原理，并給出二維空間矢量法在DSP中的實現方法。介紹幾種MPPT方法，并選取本課題所選用的方法。 最后，給出系統仿真，分析了重點模塊，得到了仿真結果。 關鍵詞：光伏并網電源、空間矢量脈寬調制、內高頻環、三相四橋臂
上傳時間： 2013-05-19
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隨著世界能源危機的到來，太陽能光伏發電在能源結構中正在發揮著越來越大的作用。而太陽能光伏發電系統的核心部件并網逆變器的性能還需要進一步提高。為了迎合市場上對高品質、高性能、智能化并網逆變器的需求，我們將ARM+DSP架構作為并網逆變器的控制系統。本系統集成了ARM和DSP的各自的強大功能，使并網逆變器的性能和智能化水平得到了顯著提高。本論文是基于山東大學魯能實習基地“光伏并網逆變器項目”，目前已經試制出樣機。本人主要負責并網逆變器控制系統的軟硬件設計工作。本文主要研究內容有： @@ 1．本并網逆變器采用了內高頻環逆變技術。文中詳細分析了這種逆變器的優缺點，進行了充分的系統分析和論證。 @@ 2．采用MATLAB/Simulink軟件對并網逆變器的控制算法進行仿真，包括前級DC-DC變換的控制算法以及后級DC-AC逆變的控制算法。通過仿真驗證了所設計算法的可行性，對DSP程序開發提供了很好的指導意義。 @@ 3．本文將ARM+DSP架構作為逆變器的控制系統，并設計了相應的硬件控制系統。DSP控制板硬件系統包括AD數據采集、硬件電流保護、電源、eCAN總線，SPI總線等硬件電路。ARM板硬件系統包括SPI總線、RS232總線、RS480總線、以太網總線、LCD顯示、實時時鐘、鍵盤等硬件電路。 @@ 4．本文設計和實現了兩種最大功率點跟蹤控制算法：功率擾動觀察法或增量電導法；孤島檢測方法采用被動式和主動式兩種檢測方式，被動式所采用的方法是將過/欠電壓和電壓相位突變檢測相結合的方式，主動式采用正反饋頻率偏移法；為了實現并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，使用了軟件鎖相環控制技術。本文分別給出了以上各種算法的控制程序流程圖。 @@ 5．本文也給出了AD數據采集、eCAN總線、RS232、RS485、以太網、PWM輸出等程序流程圖，以及DSP和ARM之間的SPI總線通信程序流程圖。并且分別給出了ARM管理機控制系統主程序流程圖和DSP控制機控制系統主程序流程圖。 @@ 6．最后對并網逆變器樣機進行實驗結果分析。結果顯示：該樣機基本上實現了本文提出的設計方案所應完成的各項功能，樣機的性能比較理想。 @@關鍵詞：太陽能光伏；并網逆變器；SPWM； DSP； ARM
上傳時間： 2013-07-02
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世界能源危機和環境惡化促使開發利用可再生能源和各種綠色能源以實現可持續發展成為人類當前的首要任務。而隨著太陽能電池和電力電子技術的不斷進步，光伏發電技術和產業不僅是當今能源的一個重要補充，更具備成為未來主要能源的潛力。當前，光伏發電不斷向低成本、高效率和高功率密度方向發展，太陽能光伏利用的主要形式將是并網發電系統。 @@ 本文主要工作是研究一種光伏發電并網/獨立雙模式逆變器的控制策略，這種逆變器不僅可靠性好，而且能提高可再生能源利用率。文章對光伏發電應用形式和并網逆變器的分類進行了闡述，綜合考慮可靠性、工作效率和成本，選擇兩級全橋結構逆變器作為研究對象，該拓撲結構多應用于小型并網逆變器。 @@ 通過分析比較各種電流控制方式，選擇單極性SPWM控制方式來產生本文逆變器控制信號。根據系統具體情況，在不同的運行模式下應用不同的控制策略。并網運行時，電網決定逆變器的輸出電壓，逆變器看作電流源，采用電流雙閉環控制輸出電流；獨立運行時，逆變器采用電流電壓閉環控制輸出電壓。并利用MATLAB Simulink對兩種模式下工作的單相和三相逆變器進行仿真。依據瞬時無功理論，提出一種應用在三相電路的軟件鎖相環，仿真結果顯示該鎖相環鎖相效果良好。 @@ 雙模式逆變器在兩種模式間切換的時候，容易對負載、電網和電源本身造成沖擊和干擾，需要采取有效的切換控制方法來減少這種影響。本文詳細分析了獨立模式和并網模式之間切換過程，并對不同的切換順序進行比較，并給出一種兩種模式間無縫切換的控制方法。利用MATLAB Simulink對單相和三相逆變器兩種模式間切換過程進行建模仿真，結果證明了這種模式切換方法的可行性。 @@ 介紹了以DSP（TMS320F2812）為核心的控制電路，并對部分硬件設計進行了分析，給出了部分軟件流程圖。 @@關鍵字：光伏發電系統；逆變器；并網運行；獨立運行；無縫切換
上傳時間： 2013-04-24
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光伏陣列是光伏系統的重要組成部分，它決定了光伏系統的發電量，同時也是光伏系統成本的主要部分。因此合理配置光伏陣列，提高光伏陣列的利用效率一直是光伏系統設計的研究重點，也是降低光伏系統發電成本的重要措施。本文采用了可變電子負載現場測試方法，設計并研制出基于Philips公司的LPC2214的光伏陣列測試儀樣機。本文主要工作及創新在于： 1.在基于LPC2214測試控制部分的硬件電路設計中，為電壓和電流的采樣各設置了四路不同量程的采樣通道。采樣時系統自動選擇最合適的量程，提高電壓和電流大范圍測量時的精度； 2.通過對系統進行一次預采樣來確定光伏陣列的開路電壓和短路電流。預采樣的方法只需要使可變電子負載完成一次由阻值為零到阻值為無窮大的操作； 3.對測試得到的數據首先將電壓值進行從小到大的升序重組，其對應的電流值采用lagrange中值法對進行數字濾波處理，從而消除由于偶然出現的脈沖性干擾所引起的采樣值偏差； 4.對輔助電源、測試控制電路和液晶顯示進行了一體化的設計，使光伏陣列特性的測量和顯示可以在本測試儀上一次完成； 5.本測試儀樣機可以利用光伏陣列的數學模型以及測量的實時數據對光伏陣列的特性曲線進行預估和分析。 通過對光伏陣列進行實際測量，得到的實驗結果表明：該樣機測試系統運行穩定、攜帶方便、測量精度較高、一次完整的測試只需14ms左右，測試速度快，并且測量得到的伏安特性可以在液晶上直接以曲線的形式顯示，使測得的陣列特性更為直觀，能滿足工程應用的需要。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著能源的緊張和環境污染日益嚴重，開發和利用太陽能已受到越來越多的重視。通過光伏并網發電系統將太陽能轉換為電能，并將電能輸送到電網上，是太陽能利用的主要形式。 本文對光伏并網發電系統的控制策略進行了深入的研究。首先，分析了太陽能電池發電的基本原理，得出了太陽能電池的等效模型，通過分析太陽能電池的I-V特性，可以看出太陽能電池是一非線性電源，而且輸出電能受環境溫度和光照強度的影響，為了使太陽能電池能夠最大效率地將太陽能轉化為電能，需要對其進行最大功率點跟蹤。通過分析和對比各種最大功率點跟蹤方法的優缺點，采用了改進擾動觀察法結合BOOST升壓電路來對電池板進行最大功率點跟蹤的方案。其次，分析對比并網電流的各種控制方式，確定采用滯環比較方式對并網電流進行控制，為了使并網電流穩定可靠地向電網送電，采用雙閉環控制策略對并網逆變器進行控制，使逆變器輸出電流能與電網電壓同頻同相，以單位功率因數向電網輸電。最后，對光伏并網發電系統的孤島效應進行了研究，介紹了各種孤島檢測方法，分析了基于正反饋的主動移頻式孤島檢測方法(AFDPF)的參數優化方案，為AFDPF檢測盲區的分析提供理論依據。 本文在MATLAB/Simulink仿真環境下，利用SimPowerSystems功能模塊建立了仿真模型，對太陽能電池板的數學模型，最大功率點跟蹤控制策略，并網控制策略進行驗證仿真。仿真結果證明了本文的方案和控制策略的正確性。
上傳時間： 2013-07-14
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隨著全球能源危機和環境污染問題的日益嚴重，開發利用清潔的可再生能源勢在必行。太陽能是當前世界上最清潔、最現實、大規模開發利用最有前景的可再生能源之一。其中太陽能光伏利用受到世界各國的普遍關注，而太陽能光伏并網發電是太陽能光伏利用的主要發展趨勢，必將得到快速的發展。此外，高性能的數字信號處理芯片(DSP)的出現，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網逆變器成為可能。本論文就是在此背景下，對太陽能并網發電系統中的核心器件并網逆變器進行了較為深入的研究，具有重要的現實意義。 太陽能光伏并網發電系統的兩個核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網逆變控制。 首先，本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹，詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數學模型。 其次，本文對幾種傳統的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較，提出各自優缺點。基于最大功率跟蹤過程的快速性和穩定性，設計采用改進的間歇掃描法來實現光伏發電系統中太陽能電池的最大功率輸出，以提高系統的性能和最大功率點跟蹤速度。 再次，針對既可獨立運行又可并網運行的單相光伏逆變器，本文采用有效值外環、瞬時值內環的控制方法，既保證了逆變器輸出的靜態誤差為零，又保證了逆變器良好的輸出波形。給出了同時滿足獨立和并網兩種運行模式的輸出濾波器結構和元件參數的計算過程，并通過仿真和實驗驗證了設計的合理性。 隨后，詳細討論了并網過程中的軟件鎖相環技術，對鎖相環電路的組成、工作原理進行了研究，實驗結果表明此方法可靠有效，能使逆變器輸出電流與電網電壓完全同相，達到功率因數為1的目的。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作為主控芯片，研制完成1.5kW實驗樣機，分別得出了獨立運行和并網運行時的實驗結果，結果表明，所采用的控制策略和設計的硬件電路能夠滿足設計要求，系統可安全、穩定運行。
上傳時間： 2013-05-18
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太陽能作為一種新型能源以其清潔、儲量大、無污染等優點使其利用越來越受到人們的重視,而光伏發電技術的應用更是人們普遍關注的焦點。本文主要研究了光伏并網發電系統的控制方法。由于目前光伏電池的價格高,轉換效率比較低,為了降低系統造價和有效的利用太陽能,對光伏并網系統的控制方法的研究顯得尤為重要。 本文針對光伏并網發電系統的特點,將其分為三部分進行研究。研究了光伏電池的工作原理及輸出特性,在此基礎上建立了其仿真模型。利用PSIM仿真軟件對不同環境及不同日照強度下的太陽能電池輸出特性進行了仿真。仿真與實測數據的對比驗證了其仿真模型的正確性,為后續的仿真奠定基礎。 光伏板的最大功率點的控制是實現光伏并網高效率的輸出的必要條件。采用基于模糊控制的方法求取最大功率點驅動boost升壓變換器,用以實現最大功率點跟蹤和控制。針對電導增量法和干擾法的不足,研究了基于模糊控制的方法。從仿真及實驗的結果均能看出系統的穩態功率損耗大大縮小,提高了其穩態性能。 闡述了并網逆變器的工作原理和控制策略。基于逆變控制方法的研究,對系統進行了仿真與實驗。其中控制方法采用電流滯環跟蹤控制。從仿真及實驗結果中可以看出實現了輸出功率因數為1的控制目標。 開發了光伏并網的實驗系統,設計了基于DSP的最大功率點控制系統和逆變并網系統。實驗結果表明,本文采用的控制策略和設計方法是可行有效的,主電路和控制電路的設計是合理的。
上傳時間： 2013-07-28
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在能源枯竭及環境污染問題日益嚴重的今天，光伏發電是未來可再生能源應用的一種重要方法。本文以光伏逆變技術為研究對象，對光伏系統最大功率點跟蹤方法、光伏智能充電控制策略、光伏并網系統拓撲結構與控制方法、光伏并網與有源濾波統一控制方法等問題進行了深入研究。 在擾動觀測法的基礎上，提出了一種直接電流控制最大功率點跟蹤方法，通過檢測變換器輸出電流進行最大功率點跟蹤控制，簡化控制算法，同時省去了擾動觀測法中的電壓和電流傳感器，降低系統成本。 研究了一種實用的光伏系統蓄電池充電控制策略，將最大功率點跟蹤與智能充電控制有機結合在一起，充分利用光伏電池的輸出功率，縮短充電時間，提高充電效率；研究了一種全數字式逆變器，通過電壓有效值外環和瞬時值內環的雙閉環控制，既能保證系統輸出電壓的穩態精度，又能保證瞬變負載條件下的動態特性。研制了一套3kW光伏獨立發電系統并進行了實驗驗證。 針對住宅型光伏并網逆變器體積小、性能價格比高的要求，研究了一種基于導抗變換器的并網逆變器拓撲結構，相比于傳統電流型逆變器，本拓撲省去了笨重的電抗器，同時利用高頻變壓器進行能量傳遞和電氣隔離，進一步降低了系統損耗和體積，降低系統成本。 經研究發現，由于導抗變換器的固有特性，采用傳統的SPWM調制方法將導致并網逆變器輸出平頂飽和的非正弦電流，造成對電網的諧波污染，提出了一種新型改進調制模式。該方法可以實現高功率因數、低諧波并網發電。根據上述理論分析，研制了一臺3kW單相光伏并網逆變器，實驗結果驗證了理論分析的正確性。 研究了一種三相電流型并網逆變器拓撲結構及其控制方法，采用改進調制模式對其進行控制，在諧波抑制方面取得了滿意的效果。提出的三相并網逆變方案，相比于傳統三相并網逆變器，具有如下顯著優點：系統中任意一相都是一個獨立的子系統，不受其它相影響，即使在某一相或某兩相損壞的情況下，剩余相也能正常運行，增加了系統的冗余性；在三相電網不平衡情況下，本方法也能提供穩定的三相電流，增加系統抗電網波動能力。初看起來本方案使用的導抗變換器和變壓器有3套，但是每相承受的功率容量只有系統總功率的三分之一，這樣可以選用較小容量的器件，有利于高頻電感和變壓器的制作和生產。提出了一種基于導抗變換器的三相電流型逆變器實現方案，利用導抗變換器將輸入直流電壓變換為高頻正弦電流，經高頻變壓器隔離及電流等級變換后進行裂相調制，輸出為三相正弦電流。該方法不僅省去了傳統電流型逆變器直流側電抗器，而且采用高頻變換進行功率傳輸，減小了隔離變壓器及輸出濾波器的體積，有利于裝置的小型化和降低成本。 針對光伏電池輸出電壓較低的問題，研究了一種單級式三相升壓型并網逆變器，通過一級變換同時實現升壓和DC/AC變換功能，并且提出了一種基于DSP芯片的控制策略，本方法僅用一個電壓傳感器就能替代原先的三個電壓傳感器：每個載波周期短路相只進行一次開關動作，同時任何時刻只有2個開關管導通，可有效降低系統的開關損耗和導通損耗；由于采用DSP控制，具有控制靈活、穩定性高、成本低、并網電能質量好，便于功率調節等優點。 提出了一種光伏并網與有源濾波兼用的統一控制策略，在同一套裝置上既實現光伏并網發電，又實現諧波補償，克服目前的光伏發電裝置白天發電、夜間停機的不足，提高系統利用率。詳細分析了無功電流和諧波電流的檢測方法、光伏并網發電有功指令電流的生成方法及電流環控制器和電壓環控制器的設計方法，并對光伏并網發電與有源濾波統一控制模式和單一有源濾波模式進行了討論，仿真和實驗結果驗證了所提出的系統結構及控制策略的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著世界能源危機的到來，太陽能光伏發電在能源結構中正在發揮著越來越大的作用。而太陽能光伏發電系統的核心部件并網逆變器的性能還需要進一步提高。為了迎合市場上對高品質、高性能、智能化并網逆變器的需求，我們將ARM+DSP架構作為并網逆變器的控制系統。本系統集成了ARM和DSP的各自的強大功能，使并網逆變器的性能和智能化水平得到了顯著提高。本論文是基于山東大學魯能實習基地“光伏并網逆變器項目”，目前已經試制出樣機。本人主要負責并網逆變器控制系統的軟硬件設計工作。本文主要研究內容有： @@ 1．本并網逆變器采用了內高頻環逆變技術。文中詳細分析了這種逆變器的優缺點，進行了充分的系統分析和論證。 @@ 2．采用MATLAB/Simulink軟件對并網逆變器的控制算法進行仿真，包括前級DC-DC變換的控制算法以及后級DC-AC逆變的控制算法。通過仿真驗證了所設計算法的可行性，對DSP程序開發提供了很好的指導意義。 @@ 3．本文將ARM+DSP架構作為逆變器的控制系統，并設計了相應的硬件控制系統。DSP控制板硬件系統包括AD數據采集、硬件電流保護、電源、eCAN總線，SPI總線等硬件電路。ARM板硬件系統包括SPI總線、RS232總線、RS480總線、以太網總線、LCD顯示、實時時鐘、鍵盤等硬件電路。 @@ 4．本文設計和實現了兩種最大功率點跟蹤控制算法：功率擾動觀察法或增量電導法；孤島檢測方法采用被動式和主動式兩種檢測方式，被動式所采用的方法是將過/欠電壓和電壓相位突變檢測相結合的方式，主動式采用正反饋頻率偏移法；為了實現并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，使用了軟件鎖相環控制技術。本文分別給出了以上各種算法的控制程序流程圖。 @@ 5．本文也給出了AD數據采集、eCAN總線、RS232、RS485、以太網、PWM輸出等程序流程圖，以及DSP和ARM之間的SPI總線通信程序流程圖。并且分別給出了ARM管理機控制系統主程序流程圖和DSP控制機控制系統主程序流程圖。 @@ 6．最后對并網逆變器樣機進行實驗結果分析。結果顯示：該樣機基本上實現了本文提出的設計方案所應完成的各項功能，樣機的性能比較理想。 @@關鍵詞：太陽能光伏；并網逆變器；SPWM； DSP； ARM
上傳時間： 2013-07-09
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