基于等效阻抗匹配法的光伏模拟控制器研究

【摘要】：在目前全球能源安全和气候变化问题日趋严重的情况下，可再生能源日益受到世界各国的高度重视。太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，受到人们的广泛关注。其中光伏发电是太阳能利用的重要形式之一，而最大功率追踪是提高光伏发电利用率的有效方法。 本文首先针对光伏电池的最大功率跟踪展开研究，通过对几种常用算法的分析和对比，最终选择等效阻抗匹配算法(dynamic equivalent impedance adaptation method,EIM)，通过调节阻抗偏差为零来实现最大功率追踪。 其次通过Matlab仿真软件对基于EIM控制的最大功率追踪算法进行仿真，验证算法的可行性。然后针对仿真中应该注意的问题，在Pspice中仿真基本的模拟电路单元，设计模拟电路实现的阻抗匹配MPPT(Maximum Power Point Tracking)算法。在设计中，分析模拟控制中的各组成电路的特性，研究各模块电路电压方向的正确选取，合理选择控制电路中的运算放大器、乘法器芯片等模拟器件。此外，对控制策略中的低通滤波器电路、加法器电路、微分电路、模拟PI调节器等电路参数进行了详细地分析和设计，在此基础上，利用Pspice仿真所设计电路的功能，通过仿真验证各组成电路可以实现预期控制目标，为模拟实验打下基础。 最后，利用Altium Designer10.0绘制各模块电路原理，并制成实验电路板，搭建了最大功率跟踪的实验平台。对四块串联的光伏电池板进行基于阻抗匹配法的最大功率跟踪实验。实验中将采样信号、滤波输出信号、微分电路信号与仿真进行了对比分析，验证了模拟实现EIM控制策略的有效性和可行性。并通过与数字控制的对比实验，证明了模拟控制是一种性能优良的实现方案，在降低成本的前提下，同时具备较理想的跟踪效果，具有使用和推广价值。 【关键词】：模拟控制 最大功率跟踪 EIM 阻抗偏差调节 光伏系统
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM571
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外太阳能光伏发电的状况11-13
• 1.2.1 国外光伏发展状况12-13
• 1.2.2 国内光伏发展状况13
• 1.3 本课题研究的意义13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 光伏发电系统的原理和应用16-27
• 2.1 光伏发电的应用16-17
• 2.2 光伏电池的基本原理和输出特性17-22
• 2.2.1 光伏电池的原理17
• 2.2.2 光伏电池模型17-19
• 2.2.3 光伏电池的工作特性19-21
• 2.2.4 最大功率点跟踪原理21-22
• 2.3 最大功率点跟踪控制的发展现状22-26
• 2.3.1 恒定电压控制法22-23
• 2.3.2 扰动观察法23
• 2.3.3 电导增量法23-24
• 2.3.4 阻抗匹配法24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 阻抗匹配法仿真分析和模拟控制实现27-37
• 3.1 基于 EIM 算法的闭环系统分析27-32
• 3.1.1 变换器的输入阻抗27-28
• 3.1.2 闭环系统分析28-32
• 3.2 模拟控制策略分析32-36
• 3.2.1 运算放大器的选择33
• 3.2.2 模拟乘法器芯片选择33-34
• 3.2.3 驱动电路选择34-35
• 3.2.4 阻抗匹配问题35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 系统硬件电路设计37-54
• 4.1 系统的主电路参数设计37-39
• 4.1.1 电感 L 设计37-38
• 4.1.2 滤波电容 C 的选择38-39
• 4.1.3 整流二极管 VD 的选取39
• 4.1.4 功率开关管的选择39
• 4.2 控制电路模块研究39-51
• 4.2.1 电压电流采集40
• 4.2.2 信号放大和滤波电路40-46
• 4.2.3 信号微分电路46-48
• 4.2.4 加法器电路48
• 4.2.5 除法器电路48-49
• 4.2.6 调节器设计49-50
• 4.2.7 开关管驱动电路50-51
• 4.3 辅助电源设计51-52
• 4.4 印制电路板的设计52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 系统仿真和实验结果分析54-60
• 5.1 最大功率跟踪算法仿真对比分析54-55
• 5.2 最大功率跟踪的实验验证55-59
• 5.3 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 作者简介67

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