光伏发电系统最大功率点跟踪控制研究

【摘要】：随着全球性能源短缺与环境污染问题的日益严重,太阳能作为一种清洁可再生资源逐渐受到人们的重视,光伏发电也成为世界各国争相发展的热门产业。光伏电池板可直接将太阳能转化为直流电,但光伏电池板转化率低,工作效率不理想,光伏发电系统仍存在很多问题需要解决。最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)控制技术,可以有效提高太阳能电池板的输出功率,提高投资回报率和资源利用率,其研究对光伏系统的发展有重大意义。本文主要对光伏电池的MPPT控制算法进行优化并设计了基于BOOST电路的MPPT控制系统。硬件系统使用TMS320F2812型号的DSP作为核心,对采集到的光伏电池工作电压和电流进行A/D转换,实现MPPT算法并通过PWM模块输出方波调节BOOST电路的开关占空比。使用了新型ElM扰动观察法优化MPPT性能,并分析了局部阴影情况下光伏电池特性,针对局部阴影下光伏电池的多峰值特性,提出预设点多峰算法,解决局部阴影下传统MPPT控制失效问题,进一步对MPPT控制进行优化。在硬件平台上进行试验,测量不同环境下太阳能电池特性,验证两种MPPT控制算法的有效性。本文还对单相光伏并网逆变器的控制策略进行研究,并通过simulink对并网逆变系统进行仿真,验证逆变器控制方法及MPPT控制在并网中的作用。 【关键词】：最大功率点跟踪控制 光伏发电系统 局部阴影 全局寻优
【学位授予单位】：大连理工大学
【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9-15
• 1.1 课题研究背景和意义9-12
• 1.1.1 光伏发电的研究背景和意义9-11
• 1.1.2 MPPT控制的研究意义11-12
• 1.2 光伏发电系统国内外研究现状12-13
• 1.2.1 光伏发电系统国外研究现状12
• 1.2.2 光伏发电系统国内研究现状12-13
• 1.3 本文研究的主要内容及研究方法13-15
• 2 光伏电池特性分析和模型建立15-27
• 2.1 光伏电池工作原理15-16
• 2.1.1 光伏电池的光生伏特效应15
• 2.1.2 太阳能电池的分类15-16
• 2.2 光伏电池工作特性及数学建模16-20
• 2.2.1 光伏电池的等效电路及输出特性16-18
• 2.2.2 温度和光照对光伏电池工作特性的影响18
• 2.2.3 基于simulink的光伏电池仿真建模18-20
• 2.3 局部阴影情况下光伏组件特性分析20-27
• 2.3.1 光伏组件局部阴影的成因20
• 2.3.2 光伏电池热斑效应20-21
• 2.3.3 光伏阵列中旁路二极管的作用21-22
• 2.3.4 局部阴影下光伏阵列输出特性22-24
• 2.3.5 基于simulink的局部阴影下光伏电池仿真建模24-27
• 3 光伏阵列MPPT算法研究27-39
• 3.1 传统MPPT控制算法27-29
• 3.1.1 MPPT控制基本原理27
• 3.1.2 MPPT开环算法27-28
• 3.1.3 MPPT闭环算法28-29
• 3.2 EIM扰动观察法29-33
• 3.2.1 扰动观察法原理29-30
• 3.2.2 阻抗匹配理论30-31
• 3.2.3 动态阻抗匹配误差31
• 3.2.4 EIM扰动观察法仿真实验31-33
• 3.3 局部阴影下MPPT常用算法33-35
• 3.3.1 PSO算法33-34
• 3.3.2 双向多峰控制法34
• 3.3.3 伪功率拟合法34-35
• 3.3.4 分布式MPPT控制35
• 3.4 预设点多峰算法35-39
• 3.4.1 预设点多峰算法原理35-37
• 3.4.2 预设点多峰算法仿真实验37-39
• 4 光伏并网逆变器控制策略39-44
• 4.1 逆变器并网控制选择39-40
• 4.2 双闭环并网逆变器控制40-41
• 4.3 双极单相光伏并网系统及其仿真41-44
• 4.3.1 双极单相光伏并网控制系统41-42
• 4.3.2 光伏并网逆变器的仿真建模42-44
• 5 系统硬件与软件设计44-65
• 5.1 硬件主电路结构44
• 5.2 DC/DC变换器设计44-50
• 5.2.1 DC/DC变换器选择44-45
• 5.2.2 BOOST电路工作原理45-48
• 5.2.3 BOOST电路参数设计48-50
• 5.3 控制系统电路50-53
• 5.3.1 系统控制总体结构50-51
• 5.3.2 DSP2812控制芯片简介51
• 5.3.3 DSP外围电路51-53
• 5.4 信号采集电路53-55
• 5.4.1 电压采样电路53-54
• 5.4.2 电流采样电路54
• 5.4.3 信号调理电路54-55
• 5.5 驱动电路55-56
• 5.6 系统软件设计实现56-60
• 5.6.1 DSP软件开发环境56
• 5.6.2 主程序设计56-57
• 5.6.3 AD采样子程序57-58
• 5.6.4 EIM扰动观察法子程序58-59
• 5.6.5 预设点多峰算法子程序59-60
• 5.7 实物实验与结果分析60-65
• 5.7.1 光伏电池输出特性验证60-62
• 5.7.2 各模块电路测试62-63
• 5.7.3 光照整体改变时MPPT控制实验结果与分析63-64
• 5.7.4 局部阴影下MPPT控制实验结果与分析64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70

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