独立光伏发电系统最大功率点跟踪的研究

【摘要】：随着经济的发展，对能源的需求越来越大，传统不可再生能源日益枯竭，而且在应用过程中造成严重的环境污染。因此，绿色能源应运而生。 光伏发电技术和产业不仅是当今能源的一个重要补充，更具备成为未来主要能源来源的潜力。本文独立以光伏发电系统为研究对象，以最大限度利用太阳能为主要目标，开展独立光伏发电系统最大功率点跟踪控制的理论和仿真研究。 光伏阵列输出特性是光伏发电系统研究中的最基本问题。本文在光伏阵列输出特性方程的基础上，运用Matlab/Simulink建立基于M函数的光伏阵列仿真模型，克服了单纯用Simulink元件库建立光伏阵列模型过程复杂的缺点，为实现系统仿真、指导理论研究和系统设计提供了基础保证。 最大功率点跟踪(MPPT)方法是光伏发电系统中提高系统效率的重要手段。本文在介绍光伏阵列输出特性及其仿真模型的基础上，建立了以BoIBB变换电路为核心实现独立光伏发电系统MPPT的仿真模型，分析了最大功率点跟踪的方法和原理并介绍了常见MPPT算法。针对传统扰动观察法的存在缺点，提出了一种变步长占空比扰动观察MPPT算法，变步长占空比扰动法与传统扰动法的最小步长相同，在稳态时两种算法的精度相似，但变步长的占空比扰动观察法在离MPP点较远的场合可以采用较大的步长，在保证算法精度的情况下具有较好的快速性。然后对这种算法运用Matlab/Simulink进行仿真。仿真结果表明：这种变步长扰动观察MPPT算法能够稳定、高效地跟踪光伏阵列最大功率点；同时，在日照强度、环境温度等系统参数扰动的情况下，能快速寻找新的工作点，保持系统稳定，表现出很好的动态特性。在光伏发电系统的设计中，具有重要的理论意义和实用价值。 【关键词】：最大功率跟踪 光伏发电 光伏阵列 MPPT MATLAB仿真 BoIBB
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 概述7-10
• 1.1.1 能源危机与环境污染7-8
• 1.1.2 可再生能源的发展利用8-10
• 1.2 光伏发电的发展10-13
• 1.2.1 世界光伏发电系统的发展10-12
• 1.2.2 中国光伏发电系统的发展12-13
• 1.3 MPPT 的研究现状13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 2 光伏电池的特性和数学模型15-23
• 2.1 光伏电池的原理和特性15-16
• 2.1.1 光伏电池的工作原理15
• 2.1.2 光伏电池的输出特性15-16
• 2.2 光伏电池的数学模型16-21
• 2.2.1 光伏电池的等效模型16-18
• 2.2.2 模型的参数求取18-19
• 2.2.3 光伏电池的仿真模型19-21
• 2.3 本章小结21-23
• 3 独立光伏发电系统23-27
• 3.1 独立光伏发电系统的基本组成23-25
• 3.2 带 MPPT 功能的光伏发电系统的基本组成25
• 3.3 本章小结25-27
• 4 DC-DC 变换电路的结构和控制方式27-45
• 4.1 典型的 DC-DC 变换器27-30
• 4.1.1 降压式变换器（BUCK CONVERTER）27-28
• 4.1.2 升压式变换器（BOOST CONVERTER）28
• 4.1.3 升降压式变换器（BUCK-BOOST CONVERTER）28-29
• 4.1.4 库克式变换器（CUK CONVERTER）29-30
• 4.2 复合变换电路30-34
• 4.2.1 级联方式30-32
• 4.2.2 交错方式32-33
• 4.2.3 叠加方式33
• 4.2.4 三种方式下个开关管电压应力的比较33-34
• 4.3 BOIBB 变换器的工作原理及特性34-39
• 4.3.1 BOIBB 变换器的工作原理34-38
• 4.3.2 BOIBB 变换器的特性分析38-39
• 4.4 BOIBB 变换器的控制方式39-44
• 4.4.1 储能电感的大小39-40
• 4.4.2 功率传输方式40-41
• 4.4.3 控制电路的复杂性41-42
• 4.4.4 BOIBB 变换器的仿真分析42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 5 最大功率点跟踪控制技术的研究45-63
• 5.1 最大功率点跟踪的原理45-46
• 5.2 最大功率点跟踪算法46-56
• 5.2.1 扰动观察法（P&O）46-47
• 5.2.2 电导增量法（INC）47-48
• 5.2.3 扰动观察法与电导增量法的比较48-56
• 5.3 BOIBB 变换器实现 MPPT 的原理56-57
• 5.4 仿真分析57-62
• 5.4.1 占空比扰动观察法的仿真分析57-60
• 5.4.2 变步长占空比扰动观察法的仿真分析60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 全文总结63-64
• 6.2 后续展望64-65
• 致谢65-67
• 参考文献67-71
• 附录71
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录71

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