光伏发电系统最大功率点跟踪技术的研究

【摘要】：随着世界经济的迅猛发展，全球范围内的能源短缺和环境污染已成为阻碍人类社会可持续发展的两大屏障，大力发展可替代新能源已成为人类的共识。光伏发电以其独特的优势，成为未来最有潜力的替代能源之一。在光伏发电系统中，最大功率点跟踪是其关键技术之一，该技术能有效提高光伏发电效率。为此，本文针对光伏发电系统最大功率点跟踪技术进行了系统的理论研究和相关的实验研究，主要研究内容和成果如下： (1)介绍了光伏电池的发电原理，引入了光伏电池的数学模型，分析了光伏电池的输出特性。重点研究了光伏发电系统中典型最大功率点跟踪方法的原理，分析对比了每种方法的优缺点。 (2)通过对光伏电池数学模型的分析，推导出光伏电池的输出功率在最大功率点附近可用其输出电压的多项式近似的结论，为插值估算光伏电池最大功率点提供了理论依据，并给出了近似的余项误差。 (3)提出了变步长Newton二次插值估算光伏电池最大功率点的算法思想，相比于目前常用的Lagrange二次插值法，该算法效率高，跟踪实时性强，对处理器性能要求不高，便于编程实现。 (4)搭建了相应的实验平台，详细讨论了该平台关键参数的选择。对比实验验证了变步长Newton二次插值估算光伏电池最大功率点方法的可行性和和某些优越性。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 多项式近似 Lagrange和Newton二次插值 变步长
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 光伏发电的背景及其意义9-10
• 1.1.1 光伏发电的必要性9
• 1.1.2 光伏发电优势及其存在的问题9-10
• 1.2 光伏发电的发展与现状10-12
• 1.2.1 国外光伏发电的发展与现状11-12
• 1.2.2 国内光伏发电的发展与现状12
• 1.3 论文主要研究内容12-14
• 第二章 光伏发电系统典型 MPPT 算法的研究14-30
• 2.1 光伏电池的发电原理14-15
• 2.2 光伏电池的输出特性15-20
• 2.2.1 光伏电池的精确数学模型16-17
• 2.2.2 光伏电池的简化数学模型17
• 2.2.3 光伏电池输出特性的仿真结果17-20
• 2.3 光伏电池最大功率点跟踪算法的介绍20-29
• 2.3.1 最大功率点的基本原理20-21
• 2.3.2 固定电压法21-22
• 2.3.3 短路电流法22-23
• 2.3.4 扰动观察法23-25
• 2.3.5 电导增量法25-27
• 2.3.6 模糊逻辑控制27-28
• 2.3.7 双模式MPPT控制28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 变步长 NEWTON 二次插值 MPPT 方法的研究30-42
• 3.1 定步长 LAGRANGE 二次插值 MPPT 法30-33
• 3.1.1 Lagrange插值原理30-31
• 3.1.2 定步长 Lagrange 二次插值 MPPT 原理31-33
• 3.2 最大功率点附近的多项式分析33-36
• 3.2.1 光伏电池稳定工作点的分析34
• 3.2.2 最大功率点附近的 P-U 关系34-36
• 3.3 NEWTON二次插值估算与LAGRANGE二次插值法的比较36-38
• 3.3.1 Newton二次插值估算MPP算法36-37
• 3.3.2 Newton二次插值法与Lagrange二次插值法的比较37-38
• 3.4 NEWTON二次插值估算MPP 的 MATLAB 数值仿真分析38-39
• 3.5 变步长NEWTON二次插值MPPT 方法39-41
• 3.5.1 变步长Newton二次插值MPPT 的思想39
• 3.5.2 变步长Newton二次插值MPPT 的实现39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 单相两级式光伏发电系统相关理论42-54
• 4.1 两级式光伏变换器42-43
• 4.2 前级B00ST 电路的研究43-46
• 4.2.1 B00ST 电路升压原理43-45
• 4.2.2 B00ST 电路阻抗变换原理45
• 4.2.3 B00ST 电路关键参数的选择45-46
• 4.3 后级网侧逆变原理的研究46-51
• 4.3.1 SPWM 原理47-48
• 4.3.2 不对称采样法 SPWM 波的数学模型48-51
• 4.4 后级网侧逆变器对前级 BOOST 电路的影响51-52
• 4.5 解耦电容52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 硬件电路的设计54-64
• 5.1 TMS320F2812处理器简介54-55
• 5.2 采样电路的设计55-59
• 5.2.1 直流电流采样电路的设计55-57
• 5.2.2 直流电压采样电路的设计57-59
• 5.3 正负15V 电源的设计59-60
• 5.4 驱动电路的设计60-62
• 5.4.1 BOOST驱动电路的设计60-61
• 5.4.2 逆变桥驱动电路的设计61-62
• 5.5 BOOST 电路参数的设计与测试62-63
• 5.6 本章小结63-64
• 第六章 系统软件设计及实验结果分析64-73
• 6.1 系统软件的设计64-68
• 6.1.1 P&O 法流程图64-66
• 6.1.2 Newton二次插值MPPT 法流程图66-68
• 6.2 实验装置及实验工具68
• 6.2.1 实验装置68
• 6.2.2 实验测量工具68
• 6.3 实验结果分析68-72
• 6.3.1 P&O 法 MPPT 方法实验结果70-71
• 6.3.2 变步长Newton二次插值MPPT 方法实验结果71-72
• 6.5 本章小结72-73
• 第七章 总结与展望73-75
• 7.1 总结73
• 7.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间的研究成果80

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