光伏最大功率点跟踪系统的设计DCDC变换模块.doc

光伏最大功率点跟踪系统的设计-DC/DC变换模块 摘 要 本文是针对光伏发电系统中的DC/DC变换器而展开的研究，总结了光伏发电系统中DC/DC变换器的应用场合；探讨了应用软开关技术、三电平技术于系统中的必要性；详细分析了非对称结构ClassD升降压的DC/DC变换器电路以及双管正激组合式变换器。包含其的电路结构图、电路原理、工作模式等。 关键词：光伏、最大功率跟踪、DC-DC变换器 目录 摘 要 III Abstract IV 1 绪论 1 1.1课题的研究背景 1 1.2课题的研究目的 1 1.3课题研究的现状 1 1.4课题研究的主要内容 3 2 基于DC/DC变换器最大功率点跟踪 4 2.1 光伏电池工作原理 4 2.2 MPPT研究的必要性 5 2.3基于DC/DC变换器MPPT研究的必要性 7 2.4基于DC/DC变换器MPPT实现原理及算法介绍 9 3 光伏发电系统中DC/DC变换器应用场合 11 3.1 蓄电池充电控制器 11 3.2 光伏水泵系统 12 3.3 联网逆变器 14 4 光伏发电系统中的DC/DC变换器 18 4.1 非对称的Class D的升降压 20 4.1.1 电路器件的工作原理 20 4.1.2 PWM信号的产生 21 4.1.3 电路的工作模式 22 4.1.4 电路特性分析 24 4.1.5 恒电压DC/DC变换控制原理图 25 4.2 双管正激组合式变换器 25 4.2.1 主电路结构 25 4.2.2 主电路工作原理 26 4.2.2 基本理论分析 27 结论 30 参考文献 31 致谢 33 1 绪论 1.1 课题的研究背景 从远古到现代，人类一直都在摸索如何更好的利用太阳能。古代有太阳灶，现代有太阳能热水器。虽然我们地球上接收到的太阳能只占太阳自身表面的二十亿分之一，但是这部分能量是整个地球所需要总能量的几万倍，对人类而言，这就是一笔取之不尽用之不竭的财富。太阳能与煤炭、石油等矿物燃料不一样，它不会导致“温室效应“，不会影响全球性的气候变化，更不会造成环境的污染。特别是最近10来年，因为石油可开采量的日益减少以及生态环境的逐渐恶化，太阳能这一完美的替代品受到越来越多的国家重视，各国也在积极开发各种新的光电技术以及新型光电材料，都是为了解决自身的能源危机，来扩大太阳能的利用领域。从发电、取暖、到各式各样的太阳能利用设备，它的应用非常广泛，甚至在某些领域，太阳能的使用已开始进入实用阶段，实现了基本大众化。 1.2 课题的研究目的 电能是到现在为止使用上最便捷，应用上最广泛的能源，所以光电的转换在太阳能的应用领域占据着及其重要的地位，光伏电池(Solar Cell)[1]就是一种经过太阳光的照射后，把光能转变成电能的一种转换元件。也有人称它为光伏电池((Photovoltaic，简称PV) 。而现在光伏系统的最大问题是光伏电池的转换效率较低并且它的价格十分昂贵，所以如何在现在的光电元件转换技术基础上，再进一步提高光伏电池的转换效率，充分利用光伏阵列转换的能量，这是光伏系统现在所研究的重要方向。本课题从光伏电池的光伏特性这一基础出发，在如何提高光伏电池的能量转换效率的问题上，进行了深一步的探讨。 1.3 课题研究的现状 由于光伏电池有着非线性的光伏特性，所以就算在相同的光照强度下，因为负载的不同而得到的输出功率也是不同的，将其直接与负载相连是很不正确的，一般来说我们都采用一个变换模块，这样使得太阳能的输出功率维持在其最大的输出状态，这样以后再让它向负载供电。现在光伏电池的输出功率控制上主要利用CVT (Constant Voltage Tracking)技术[2]。光伏电池的阵列具有如图1-1所示的伏安特性曲线， 图1-1 太阳电池阵列的伏安特性曲线 图1-1中L是负载的特性的曲线，当温度保持在某一个的固定值时，在不同的光照强度下，伏安特性的曲线与负载特性的曲线L的交点为a、b、c、d、e。与之对应的是五个不同的工作点。而我们发现阵列可能提供的最大功率的那些点，如a、b、c、d、e’。这五个点连起来差不多都落在同一条垂直线的附近，这就可以把最大功率点的轨迹运动曲线近似地看作是电压曲线U=cost的一条垂直线，也就是只要保持光伏的阵列的输出端的电压为常数，就可以从大体上保证光伏阵列输出是在这一温度下的最大功率，所以最大功率点的跟踪器也就简化成为为一个稳压器，这就是CVT控制方式的理论根据。 CVT的控制方式具有操作简单，极高的可靠性，良好的稳定性，便于实现等优点，跟一般的光伏系统比较大概多了20%的电能，与不带CVT的系统比较要有利得多。但是这种跟踪方法忽视了温度对光伏电池开路的电压的影响。用单晶硅为材料的光伏电池为例，当周边环境温度升高1℃时，它的开路电压要有0. 35%