独立光伏发电系统最大功率点跟踪控制研究

【摘要】：独立光伏发电系统不但能够解决用电的自给自足问题,还能解决边远、贫困、高原、大漠等地区的送电难问题。本文为提高光能利用率就独立光伏发电系统进行了最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制的研究。本文首先分析了独立光伏发电系统进行最大功率点跟踪的研究现状,明确了本文的研究意义和目的。其次对独立光伏系统中的几个重要内容进行了详细分析和研究,其中包括:光伏电池等效电路模型和光伏电池在变化环境条件下的I-U、P-U输出特性曲线,直流变换器的工作原理和特性,交流变换器的正弦脉宽调制技术,蓄电池的储能作用和充放电控制方法,负载特性等。其中直流变换器在独立光伏发电系统中用于进行MPPT控制和蓄电池充放电控制,交流逆变器用于为交流负载提供稳定正弦电压,蓄电池用于对系统能量进行合理调配。然后,本文研究了最大功率点跟踪的原理和过程,并对传统的干扰观测法和电导增量法进行了详细研究。在Matlab中建立了这两种算法的MPPT仿真模型,对仿真结果进行分析和比较,就干扰观测法存在的振荡问题提出了改进方案。在干扰观测法基础上本文提出适用于不均匀光照下的最大功率点跟踪算法,并进行了仿真验证,为保证光伏系统的最大功率输出提供算法上的支撑。最后,在以上研究的基础上通过对独立系统中的能量进行分配提出了一个通过对蓄电池的充、放电电流进行控制来实现独立光伏系统MPPT的控制方案。其中包括整体方案的设计和分析,充、放电控制电路的设计,蓄电池的分组方案设计以及对蓄电池电流进行控制的模糊控制设计。方案设计思想在保证负荷用电的基础上通过对蓄电池进行充放电,实现真正意义上的独立光伏系统的MPPT,降低能量损失提高光能利用率。研究独立光伏系统的最大功率点跟踪控制,不仅使光能利用更加高效合理,缓解对不可再生能源的依赖,同时可以实现边远地区用电的自给自足,达到降低远距离输电带来的大量成本的目的。 【关键词】：独立光伏发电 最大功率点跟踪 充放电电路 蓄电池分组
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景和意义9
• 1.2 独立光伏发电系统最大功率点跟踪研究现状9-13
• 1.2.1 独立光伏系统发展概述9-11
• 1.2.2 最大功率点跟踪算法研究现状11-12
• 1.2.3 独立光伏系统最大功率点跟踪研究现状12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 2 独立光伏发电系统组成14-30
• 2.1 光伏发电系统简介14
• 2.2 光伏电池14-20
• 2.2.1 光伏电池分类14-15
• 2.2.2 光伏电池模型15-16
• 2.2.3 光伏电池输出特性曲线16-17
• 2.2.4 光伏电池阵列17
• 2.2.5 YL300P-35b的多晶电池组件17-20
• 2.3 储能装置20-21
• 2.3.1 蓄电池的作用20-21
• 2.3.2 蓄电池充电控制方法21
• 2.4 直流变换器21-26
• 2.4.1 降压式变换器21-23
• 2.4.2 升压式变换器23-24
• 2.4.3 升降压式变换器24-26
• 2.5 DC/AC逆变器26-29
• 2.5.1 逆变器原理和分类26-27
• 2.5.2 SPWM逆变器的拓扑结构27
• 2.5.3 逆变器调压方式的确定27-29
• 2.6 负载特性29-30
• 3 最大功率点跟踪算法的研究30-42
• 3.1 最大功率点跟踪原理30-31
• 3.1.1 最大功率点跟踪实现条件30
• 3.1.2 最大功率点跟踪过程30-31
• 3.2 干扰观测法31-32
• 3.3 电导增量法32-34
• 3.4 算法仿真34-37
• 3.5 干扰观测法的改进37-38
• 3.5.1 变步长干扰观测法37
• 3.5.2 提高采样速率37-38
• 3.5.3 降低稳态误差38
• 3.6 不均匀光照下的干扰观测法38-42
• 3.6.1 不均匀光照下干扰观测法原理38-41
• 3.6.2 不均匀光照下算法仿真41-42
• 4 独立光伏发电系统最大功率点跟踪42-55
• 4.1 独立光伏系统能量分配42-45
• 4.1.1 独立光伏系统实际运行中不同情况的分析42-43
• 4.1.2 独立光伏系统能量流动分配43-44
• 4.1.3 四种工作模式介绍44-45
• 4.2 独立光伏系统最大功率点跟踪方案设计45-55
• 4.2.1 方案的整体设计45-46
• 4.2.2 充放电控制器的设计46-47
• 4.2.3 蓄电池的分组设计47-50
• 4.2.4 蓄电池电流的模糊控制器设计50-53
• 4.2.5 独立光伏系统最大功率点跟踪控制53-55
• 5 结论和展望55-57
• 5.1 工作总结55
• 5.2 工作展望55-57
• 参考文献57-60
• 在读期间发表的学术论文60-61
• 作者简历61-62
• 致谢62-63

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