独立光伏系统全方位追光与最大功率跟踪结合的研究

【摘要】：目前，碳、石油等常规能源短缺，大部分国家都加紧了光伏的发展步伐，据估计太阳能光伏发电将成为世界能源供应的主体。目前光伏发电面临的瓶颈之一是光伏电池的转换效率低，为了有效的利用太阳能本文提出了将光强跟踪技术与最大功率跟踪(MPPT)技术相结合的方法。 本文先是介绍了独立光伏发电系统的结构、目前光强跟踪技术以及最大功率跟踪技术的现状、原理、算法和发展前景。根据光强跟踪技术和最大功率跟踪技术的发展，提出了全方位追光和双最大功率跟踪算法结合的方案。全方位追光技术实现了在垂直和水平方向跟踪太阳能，并跟踪天气情况变换跟踪方法，有效的增加了光伏电池能量的吸收。双最大功率算法采用改进的恒压控制法结合小步长扰动观察法，为减小稳态时的波动在最大功率点附近采用小步长扰动观察法，环境变化和启动过程采用改进的恒压控制法提高系统的跟踪速度。综上，该方案中全方位追光提高了系统对太阳能量的吸收，双最大功率算法提高了吸收的太阳能的利用，较大程度的提高了光伏电池的转换效率。其次，在Matlab/Simulink环境下建立了仿真模型并获得了较理想的仿真结果。 最后，对系统的软、硬件设计过程进行了详细的阐述。其中主电路采用升压变换器Boost电路。数字信号处理器采用TI公司的TMS320F2812进行软件程序的编写和控制。实验得到了较理想的结果，验证了本文提出方案的可行性。 【关键词】：独立光伏发电系统 全方位追光技术 双最大功率跟踪 改进的恒压控制法
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题背景11-14
• 1.1.1 光伏发电的现状和意义11-12
• 1.1.2 光伏发电发展的政策支持12-13
• 1.1.3 光伏发电的限制因素及解决方案13
• 1.1.4 独立光伏发电系统13-14
• 1.2 目前研究现状14-16
• 1.2.1 光强跟踪技术的国内外研究现状14-15
• 1.2.2 最大功率跟踪技术的研究现状15-16
• 1.3 本课题的主要研究内容16-18
• 第2章 全方位追光技术的研究18-26
• 2.1 太阳跟踪装置基本理论介绍18-19
• 2.2 光强跟踪技术实现方法的介绍19-23
• 2.2.1 光电跟踪法19-20
• 2.2.2 太阳运动轨迹跟踪法20-21
• 2.2.3 光电跟踪法与太阳运动轨迹结合使用的方法21-22
• 2.2.4 其他跟踪方法简介22-23
• 2.2.5 存在的问题23
• 2.2.6 发展前景23
• 2.3 全方位追光技术的设计方案23-25
• 2.3.1 太阳跟踪装置的设计23-24
• 2.3.2 光强跟踪技术实现方法的设计24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 双最大功率跟踪技术的研究26-47
• 3.1 最大功率跟踪基本理论介绍26-27
• 3.1.1 最大功率跟踪定义介绍26
• 3.1.2 MPPT 控制原理26-27
• 3.2 最大功率跟踪算法介绍27-35
• 3.2.1 最大功率跟踪算法常用算法介绍27-30
• 3.2.2 最大功率跟踪算法亮点方法总结30-35
• 3.2.3 MPPT算法的选择与展望35
• 3.3 双最大功率跟踪算法的介绍35-46
• 3.3.1 引言35-36
• 3.3.2 改进的恒压控制法36-45
• 3.3.3 开路电压在线检测45-46
• 3.3.4 扰动观察法中步长的选择46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 系统硬件设计47-60
• 4.1 系统整体组成和基本原理47-48
• 4.2 全方位追光单元硬件设计48-50
• 4.2.1 光电传感器的设计48-49
• 4.2.2 减速机构设计49
• 4.2.3 步进电机驱动电路的设计49-50
• 4.3 双最大功率单元硬件设计50-59
• 4.3.1 Boost主电路参数设计50-55
• 4.3.2 主电路采样部分和保护部分的设计55-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 系统软件部分设计60-70
• 5.1 数字处理器的选择60-61
• 5.1.1 DSP芯片的选择60
• 5.1.2 TMS320F2812 芯片介绍60-61
• 5.2 系统程序的编写61-69
• 5.2.1 系统软件设计61-62
• 5.2.2 系统初始化程序设计62-63
• 5.2.3 双最大功率算法程序设计63-68
• 5.2.4 全方位追光程序设计68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 系统的仿真和实验70-80
• 6.1 光伏电池特性的仿真70-72
• 6.2 双最大功率跟踪算法仿真和实验验证72-75
• 6.2.1 双最大功率跟踪算法的仿真研究72-74
• 6.2.2 双最大功率跟踪算法的实验验证74-75
• 6.3 双最大功率算法与常用方法的对比75-78
• 6.3.1 仿真对比75-77
• 6.3.2 实验验证77-78
• 6.4 本章小结78-80
• 结论80-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果86-87
• 致谢87-88
• 作者简介88

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