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随着世界经济的快速发展,化石能源作为不可再生能源正日益枯竭,它所造成的环境污染问题日益严重。可再生能源资源无限,分布广泛,可循环利用,不污染环境,是化石能源的理想替代能源,具有广阔的发展前景。在众多的可再生能源资源中,太阳能具有取之不尽、用之不竭等优点,是理想的可再生能源。近年来,太阳能光伏发电作为太阳能的重要应用方式正受到越来越广泛的关注。由于太阳能光伏发电存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺点,为了保证系统的稳定性和运行效率,需有其它能源设备进行补充,在太阳能光伏发电系统中普遍采用铅酸蓄电池作为补充能源。但是铅酸蓄电池体积大,还会带来环境污染问题,因此在有市电的场合可以选择市电作为补充能源。
本文采用市电作为补充能源,提出了一个太阳能光伏/市电联合供电系统,系统由太阳能电池、市电、DC-DC变换器和功率因数校正变换器组成。单块太阳能电池的输出电压较低,开路电压一般不超过50V,为了向直流母线提供稳定的380V直流电,这就使得DC-DC变换器要具有很高的升压比。由于传统结构的单级式DC—DC变换器不能很好地满足本系统要求,本文采用Boost变换器加ZVS全桥直流变压器的两级式结构。系统有三种工作模式,即太阳能电池单独向负载供电、太阳能电池和市电同时向负载供电和市电单独向负载供电。为了能最大限度地利用太阳能,需要制定合理的能量管理控制策略控制系统的能量流向,使两个供电电源协调工作,向负载提供稳定的电能。系统能量管理的核心是根据太阳能电池和负载的工作状态,控制系统工作在合适的工作模式。为了进一步提高直流变压器的效率,本文将LLC谐振网络应用于全桥直流变压器电路,提出了一种LLC谐振全桥直流变压器。对ZVS全桥直流变压器和LLC谐振全桥直流变压器进行了损耗分析与对比。为了验证系统结构和能量管理控制策略的有效性,本文设计了一个2kW的太阳能光伏/市电联合供电系统。研制了一台原理样机,并进行了实验验证,实验结果表明系统结构和能量管理控制策略都是正确的。此外,研制了一台1kW的LLC谐振全桥直流变压器原理样机,并进行了实验验证,实验结果表明LLC谐振全桥直流变压器能实现整个负载范围内所有开关管的零电压开关和整流二极管的零电流开关,效率高于ZVS全桥直流变压器。