光伏发电用DCDC变换器的研究

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1、光伏发电用DC/DC变换器的研究TheResearchonAPPlicationofDC/DCConvertertoPhotovoltaieSystem第一章绪论1.1课题研究的目的和意义当前，随着煤、石油、天然气等人类社会最主要能源的日益枯竭，清洁能源即新能源的开发己越来越受到人们的重视。在这些可再生的清洁能源中，主要有太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能等。从20世纪90年代开始，世界能源电力市场发展最为迅速的已经不再是石油、煤和天然气，而是太阳能发电、风力发电等可再生能源。近几年世界能源消耗增长趋势，按来源分类如表1一1所示。国际一些能源

2、专家预言:就能源、电力而言，21世纪将是可再生能源的世纪。太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，也是当前世界上最有发展前景的新能源技术之一。由于它不受地理条件的限制，也不需大量铺设电力网络，因而成为缺电或无电的偏远地区、沿海岛屿供电问题的重要手段，对于促进这些地区脱贫致富，为经济生态环境协调发展和社会稳定发展有着重要意义。太阳能光伏发电系统具有以下一些优点:①真正的无污染、可再生的绿色能源;②利用场地广泛、灵活，既可以离开电网单独运行也可以与电网联网运行;③可以提高电力用户可靠性或提高电能质量;④接近负荷中心，减小输配电网的传输功率，

3、减小或推迟输配电线路的建设和更新:⑤降低电网线损，在负荷中心建立电源支点.基于以上的优点，太阳能光伏发电得到了各国普遍认同，越来越多的资金和人力己投入进来，相应的对光伏产业的扶持政策也纷纷出台。许多国家正在大力开发并积极鼓励本国人民利用此种资源，到2010年，世界光伏发电系统累计安装容量将达15GW。这意味着未来4~5年，世界光伏产业将以28%左右的年平均速度发展，成为世界上发展最快的一个产业。各国可再生能源法的颁布、快速发展的光伏屋顶计划、各种减免税政策和补贴政策以及逐渐成熟的绿色电力价格，为光伏市场的发展提供了良好的基础。光伏发电的应用领域将

4、由边远和农村地区的补充能源逐渐向全社会的替代能源过渡。预计到21世纪中期，太阳能光伏发电将达到占世界总发电量的10%~20%，成为人类的基础能源之一。目前，太阳能光伏发电已广泛应用于蓄电池充电、小型光伏联网系统、光伏水泵系统，户用电源、游泳池供热系统、卫星系统等领域。紧紧围绕降低光伏发电成本的各种研究工作一直在紧张的进行着。其中在电力电子领域，以提高光伏发电系统中光伏用控制器、逆变器等关键平衡设备的性能、可靠性、转换效率等为研究工作的热点课题。本文在此基础上，针对这些关键平衡设备中的DC/DC变换器装置进行了总结和研究，探讨了基于DC/DC变换器

5、的最大功率点寻优算法、三电平技术、软开关技术和电磁兼容性等问题。1.2光伏发电系统的组成1.2.1离网光伏发电系统未与公共电网联接的太阳能光伏发电系统称为离网光伏发电系统。此系统中，电能唯一来源于太阳能电池阵列。为保证稳定性和运行效率，系统必须配备贮能蓄电池来储存和调节电能，当在夜晚或日光不强等外在条件影响下，太阳能电池不能为负载提供足够的能量时，蓄电池向负载提供能量以保证电能稳定，另一方面，当日光充足使得系统能提供多于负载所需要的能量时，蓄电池将贮存多余的电能。离网光伏发电系统总结构如图1.1所示:（1）太阳能电池组件:太阳能电池片是一个单一的

6、可发电器件，相当于一节有0.5V左右电压的电池；而电池组件则相当于有多节电池经串/并联组成的电池组。太阳能电池组件的组成数量通常是由系统电压（蓄电池电压）来决定，通常组件电压是蓄电池电压的1.4-1.5倍。例如：蓄电池电压为12V，组件工作电压一般为16.8-18V之间，那么电池片数量为18V/0.5V，也就是36片。所以常用数量36或40片，大功率组件为72片。经过封装后组合成可以独立作为电源使用的太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，能够广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可把多

7、个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。(2)太阳能控制器：由于光伏电池阵列具有强烈的非线性特性，为保证光伏电池阵列在任何日照和环境温度下始终可以输出相应的最大功率，通常引入了光伏电池最大功率点跟踪（MPPT-MaximumPowerPointTracking）控制。(3)DC-DC变换装置：通过控制回路中功率器件的导通与关断，将光伏电池阵列输出的低压直流电升压成高压直流电，为DC-AC逆变器的工作提供前提条件，能保证在直流输入电压大范围变化的情况下输出稳定的高压直流电，并同时实现最大功率跟踪控制功能。(4)逆变器：逆变器的作用就是将

8、光伏电池板和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给交流负载使用。(5)储能装置：蓄电池组一般是由一定数量的铅酸蓄电池经由串、并