(完整)光伏发电DCDC转换器 .pdfVIP

一、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：

光伏电池蓄电池DC/DC转换器逆变器电网

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）一般也是在这里实现。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

来滤波。典型的DC/DC变化电路有降压式（buck）、升压式（boost）、升降压式

（buck-boost）、库克式（cuk）等。

具体选择哪种类型的电路拓扑结构由系统的实际需要决定。本次研修任务要

求输入直流电压为30V-40V；输出直流电压为48