基于FPGA的改进光伏系统MPPT算法研究

【摘要】：光伏发电以其绿色清洁、可再生、不受地域限制等特点得到越来越多的重视,但是光伏发电易受外界环境如光照强度、温度等的影响导致输出效率降低,严重制约了光伏发电系统的推广应用。为了有效提高光伏发电系统输出效率,光伏最大功率点追踪(maximum power point tracking, MPPT)控制技术得到了广泛的应用,成为近年来学术研究重要内容。 为了对光伏MPPT控制技术进行理论研究,本论文在分析光伏电池工作原理的基础上,建立了改进型的工程用光伏电池数学模型,利用Matlab/Simulink平台构建模型进行仿真验证,并详细分析了外界环境对光伏电池输出特性的影响。 为了有效提升光伏发电系统的输出效率同时增强系统的环境适应性,本论文在分析传统自适应变步长算法和分区控制策略的基础上,提出了基于功率占空比(P-D)微分曲线的改进分段变步长最大功率点追踪算法(MPPT);算法基于P-D微分特性曲线进行控制,利用微分曲线极值点实现追踪区域自动划分,采用自适应步长进行MPP跟踪；最后利用Matlab/Simulink平台构建光伏最大功率跟踪系统模型进行仿真验证,仿真结果验证了算法的有效性。 本论文基于FPGA平台完成MPPT控制系统的数字化实现,控制系统有分频器模块、寄存器模块、PWM信号产生模块和MPPT控制模块构成,利用硬件描述语言(VHDL)完成模块控制功能实现,并在Quartus Ⅱ平台下进行波形仿真完成系统功能验证,为MPPT控制的系统级芯片(Soc)实现打下了基础。 【关键词】：光伏系统 最大功率点追踪 功率占空比微分曲线 算法仿真 VHDL
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-12
• 1.1 课题背景及研究意义9
• 1.2 光伏系统MPPT技术研究现状9-10
• 1.3 FPGA开发简介10-11
• 1.3.1 硬件描述语言介绍10-11
• 1.3.2 现代数字系统设计方法11
• 1.4 论文的研究内容11-12
• 第2章 光伏电池仿真建模及输出特性分析12-23
• 2.1 光伏电池工作原理12-13
• 2.2 光伏电池数学模型建立13-20
• 2.2.1 基于光伏电池电路特性数学模型13-15
• 2.2.2 工程用光伏电池数学模型15-17
• 2.2.3 光伏电池仿真模型构建17-20
• 2.3 光伏电池输出特性分析20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 光伏系统最大功率跟踪控制策略23-34
• 3.1 光伏系统MPPT控制原理23-25
• 3.1.1 MPPT控制阻抗匹配分析23-24
• 3.1.2 基于占空比直接控制MPPT算法24-25
• 3.2 自适应变步长MPPT算法分析25-29
• 3.2.1 基于P-U微分曲线控制MPPT算法26-27
• 3.2.2 基于P-D微分曲线控制MPPT算法27-28
• 3.2.3 基于分区控制MPPT算法28-29
• 3.3 改进分段变步长MPPT算法29-31
• 3.3.1 光伏系统P-D特性曲线29
• 3.3.2 改进MPPT算法29-31
• 3.4 仿真分析31-33
• 3.4.1 仿真原理图31
• 3.4.2 仿真结果及分析31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 基于FPGA的光伏MPPT控制系统设计34-43
• 4.1 MPPT控制系统总体方案设计34-35
• 4.2 分频器模块设计35-36
• 4.3 寄存器模块设计36
• 4.4 PWM信号产生模块设计36-38
• 4.5 MPPT控制模块38-42
• 4.5.1 乘法器子模块设计38-39
• 4.5.2 除法器子模块设计39
• 4.5.3 工作状态判定子模块设计39-41
• 4.5.4 工作区域划分子模块设计41-42
• 4.6 本章小结42-43
• 第5章 总结与展望43-45
• 5.1 论文总结43
• 5.2 今后工作展望43-45
• 参考文献45-48
• 致谢48-49
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果49

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