光伏发电系统中最大功率追踪控制研究

【摘要】：随着经济的发展和世界化的进程，能源的消耗程度已经超过了地球所能承受的范围，一些化石燃料如煤炭、石油、天然气已经远远满足不了人们的需求，所以开发一种新的可持续能源成为全世界关注的话题，太阳能作为一种新型的可再生能源，在全世界收到了高度的重视，在以后的生活中，需要开发更多的太阳能产品来缓解能源危机，减少环境污染成为主要的发展趋势。 太阳能电池在使用过程中，由于它的输出功率会随着太阳光照度与温度的改变而有所变化，使得太阳能电池并非随时工作在最大功率点上，因此浪费了许多能量，而本研究的目的是提出一种更加合理的太阳能电池最大功率追踪方法，并且利用一个最大功率追踪控制器来控制太阳能电池，使太阳能电池能够适应外在因素的改变，并且一直保有最佳功率输出。 主要针对光伏发电系统中最大功率点跟踪的方法进行研究。最大功率控制器中的主要部分为升压电路，该部分的主要作用除了将太阳能转变为电能，还要实现最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MTTP），以便提高电池的转换效率，使电能有效地被利用。 分析比较传统的恒定电压法、扰动观察法、增量电导法优缺点的基础上，对扰动观察法进行改进，通过控制占空比提高跟踪速度和精度。 硬件部分以升压电路为主电路，分析主电路的工作原理并设计其参数，设计电压电流采集电路、通信电路、驱动电路等一些辅助电路，通过加入缓冲电路改善电压突波，达到保护功率开关并且降低开关损耗的目的。同时完成基于DSPIC30F4011数字信号处理器的控制系统的软件设计。 搭建光伏发电系统最大功率点跟踪控制的实验电路，并以Labview人机介面记录太阳能电池输出功率数据，利用改进后的扰动观察法对太阳能的输出最大功率进行跟踪控制，并对跟踪结果进行详细的分析与仿真。仿真结果表明，改进的扰动观察方法有效，提高了最大功率跟踪控制速度和太阳能光电池的发电效率。 【关键词】：太阳能电池 最大功率追踪 DSP
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 太阳能发电国内外发展现状11-13
• 1.2.1 国外太阳能发电现状和发展趋势11-12
• 1.2.2 国内太阳能发电现状和发展趋势12-13
• 1.3 课题来源及研究内容13-15
• 第2章 太阳能电池的工作特性15-27
• 2.1 太阳能电池的分类15-17
• 2.1.1 晶体硅太阳能电池15-16
• 2.1.2 化合物和其它类太阳能电池16-17
• 2.2 太阳能电池工作等效电路17-20
• 2.2.1 太阳能电池的工作原理17-18
• 2.2.2 太阳能电池的等效电路18-20
• 2.3 太阳能电池的性能参数及输出特性曲线20-24
• 2.3.1 太阳能电池的性能参数20
• 2.3.2 太阳能电池的输出特性曲线20-24
• 2.4 光照强度和温度对太阳能电池输出特性影响24-25
• 2.4.1 光照强度对太阳能电池输出特性影响24-25
• 2.4.2 温度对太阳能电池输出特性影响25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 最大功率追踪控制方法及仿真27-36
• 3.1 最大功率追踪控制方法分析27-30
• 3.1.1 恒定电压法分析27
• 3.1.2 扰动观察法分析27-29
• 3.1.3 增量电导法分析29-30
• 3.2 一种改进的扰动观察法30-35
• 3.2.1 改动的扰动观察法原理30-32
• 3.2.2 改进的扰动观察法最大功率追踪控制的仿真32-33
• 3.2.3 改进算法与其他 MPPT 算法仿真对比分析33-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 硬件设计与软件实现36-50
• 4.1 系统硬件框架36
• 4.2 升压电路转换器36-41
• 4.2.1 升压电路转换原理36-38
• 4.2.2 升压电路的参数设计38-41
• 4.3 电压电流采集电路设计41-44
• 4.3.1 电压采集电路设计41-43
• 4.3.2 电流采集电路43-44
• 4.4 通信电路设计44
• 4.5 MOS 管驱动电路设计44-45
• 4.6 缓冲电路设计45-46
• 4.7 系统软件设计46-49
• 4.7.1 系统控制芯片和开发环境46-47
• 4.7.2 控制系统流程47-49
• 4.8 本章小结49-50
• 第5章 系统实验与分析50-56
• 5.1 实验硬件整合50
• 5.2 人机界面50-52
• 5.3 变换器性能测试52-53
• 5.4 实验结果53-55
• 5.5 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文60-61
• 致谢61

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