太阳能车光伏发电MPPT算法及控制研究

【摘要】：随着经济的发展，人们对汽车的需求量越来越大，因此汽车所需要的石油等燃料总量也越来越大。然而有限的石油、煤、天然气已经越来越不能满足人们的需求，取而代之的新能源，比如风能、地热能、太阳能逐渐受到人们的重视，对它们的研究力度也逐步加强。本文就是基于这样的背景，对太阳能车进行了设计研究。 本文首先对太阳能车电路的总体布置进行了介绍，对太阳能车的各个组成部分进行了选型与设计，着重介绍了光伏电池，分析太阳能电池的发电基本理论，并且运用Matlab/Simulink软件建立光伏电池的仿真模型，绘出太阳能电池的输出特性曲线并且对输出特性曲线进行了分析。 接着对光伏发电控制器的硬件和软件分别进行了设计分析，并且着重对最大功率跟踪算法进行研究分析，这也是本文研究的重点内容。分析了最大功率跟踪常用算法的优点、缺点及其原理，常用算法包括固定电压法、扰动观测法、增量电导法等，并提出了结合固定电压法，功率滞环的数值分析方法，并且这种方法不同与其他方法，是基于数学模型的研究。 为了检验算法的有效性，用Matlab/Simulink对算法建立仿真模型，继而对算法进行仿真分析。在仿真时，对新算法和传统算法进行比较。仿真结果表明算法有效可行以及新算法的优越性。 在验证了算法以后，进行了硬件平台的搭建，把光伏发电控制器一共分成了四个部分，主要包括库克主电路，驱动与检测电路，DSP电路和电源电路，分别介绍了各个电路的作用，为最后的具体实验做准备。 最后利用搭建好的硬件平台，对三种经典算法以及提出的新算法进行了实验分析。结果表明新算法由于结合了固定电压法和功率滞环法，不但提高了最大功率输出的稳定性，也提高了追踪最大功率点的速度。仿真和实验都证明了算法的实用性和有效性，对以后太阳能车光伏发电这方面有着参考意义。 【关键词】：太阳能汽车 光伏电池 最大功率点跟踪 控制器 库克电路
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.721
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 太阳能电动车的研究目的与意义10-11
• 1.2 太阳能电动车的优越性11
• 1.3 太阳能电动车在国内外发展情况11-13
• 1.4 太阳能电动车技术发展13-14
• 1.5 本文主要研究内容14-15
• 1.6 本章总结15-16
• 第2章 太阳能车电路16-27
• 2.1 电路系统结构框图16
• 2.2 各个元器件设计选型16-21
• 2.2.1 光伏电池16-18
• 2.2.2 MPPT 控制器18
• 2.2.3 电机18-19
• 2.2.4 蓄电池19-20
• 2.2.5 测电压、转速20-21
• 2.3 光伏电池的特性曲线与模型21-26
• 2.3.1 光伏电池的工作原理21
• 2.3.2 光伏电池的数学模型21-24
• 2.3.3 光伏电池的仿真模型24-25
• 2.3.4 光伏电池的仿真特性曲线25-26
• 2.4 本章总结26-27
• 第3章 光伏发电最大功率追踪算法27-39
• 3.1 光伏阵列的最大功率点跟踪控制常用方法27-32
• 3.1.1 MPPT 控制基本原理27
• 3.1.2 固定电压法27-29
• 3.1.3 扰动观察法29-31
• 3.1.4 电导增量法31-32
• 3.2 MPPT 算法设计32-37
• 3.2.1 固定电压法启动及第一个功率点的测量34
• 3.2.2 第二个点与第三个点的测量34-35
• 3.2.3 最大功率点的求取与功率滞环35-37
• 3.3 MPPT 控制方法发展方向37-38
• 3.4 本章总结38-39
• 第4章 最大功率跟踪算法仿真分析39-46
• 4.1 库克电路仿真模型建立39-40
• 4.1.1 仿真参数的设置39-40
• 4.2 固定电压法40-41
• 4.2.1 固定电压法仿真模型40
• 4.2.2 固定电压法仿真结果40-41
• 4.3 扰动法41-42
• 4.3.1 扰动法仿真模型41
• 4.3.2 扰动法仿真结果41-42
• 4.4 增量电导法42-43
• 4.4.1 增量电导法仿真模型42-43
• 4.4.2 增量电导法仿真结果43
• 4.5 数值分析法43-45
• 4.5.1 数值分析法仿真模型43-44
• 4.5.2 数值分析法仿真结果44-45
• 4.6 本章小结45-46
• 第5章 光伏发电控制器的硬件设计46-61
• 5.1 光伏电池47
• 5.2 电源设计电路47-49
• 5.3 DSP 控制电路49-50
• 5.4 DC-DC 变换电路的介绍50-51
• 5.5 典型的 DC-DC 变换电路51-56
• 5.5.1 降压式变换器51-52
• 5.5.2 升压式变换器52-54
• 5.5.3 升降压式变换器54-55
• 5.5.4 库克式变换器55-56
• 5.6 DC-DC 变换电路设计56-59
• 5.6.1 控制器变换电路的参数设计56-57
• 5.6.2 DC-DC 变换电路图设计57-59
• 5.7 本章总结59-61
• 第6章 MPPT 算法实验结果分析61-69
• 6.1 实验参数设置61
• 6.2 实验结果61-68
• 6.2.1 光伏电池的实验特性曲线62
• 6.2.2 固定电压法实验结果62-64
• 6.2.3 扰动法实验结果64-65
• 6.2.4 增量电导法实验结果65-66
• 6.2.5 数值分析法实验结果66-68
• 6.3 本章总结68-69
• 结论69-71
• 1.工作总结69-70
• 2.创新点70
• 3.展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74

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