光伏系统MPPT的滑模变结构控制

【摘要】：太阳能作为一种新兴的可再生能源，因其显著的优点受到了世界各国的关注和重视，它的研究和发展将为人类解决能源危机问题和环境保护做出重要贡献。光伏发电作为太阳能应用的主要方式之一，有着广阔的发展和应用前景。近年来，国内外学者对光伏发电领域的各种问题进行了大量的研究，并取得了许多成果，但是在光伏系统的最大功率点跟踪(MPPT)控制问题上仍存在很大改进空间，许多控制方法虽然能成功跟踪最大功率点，但是在跟踪的速度、精度等方面效果不甚 理想，而且一些控制方法因算法复杂而导致难以在实际控制系统中实现。本文主要研究光伏发电系统中的最大功率点跟踪控制问题，最大功率点跟踪控制是光伏发电系统的关键问题之一，能大幅提高光伏发电系统的工作效率，降低光伏发电的成本，提高资源的利用率，它的研究和发展具有非常重要的实际价值和理论研究意义。为了解决已有一些方法在最大功率点跟踪速度、精度，抗干扰能力，跟踪新外界条件下最大功率点的能力等方面的不足，本文提出了一种以改进的Zeta变换电路作为DC-DC变换电路，采用滑模变结构控制算法来实现光伏发电系统最大功率点跟踪控制的方法。该方法具有跟踪速度快、精度高、超调量小、抗干扰能力强等特点。根据所提出的方法建立了Simulink仿真模型并进行了仿真，仿真结果表明本文提出的方法具有很好的动态特性和稳态特性，能很好的完成光伏发电系统MPPT控制的任务。与改进的Buck-Boost变换电路和基于变步长电导增量法的光伏发电系统MPPT控制方法相比，本文所提出的变换电路和控制方法在跟踪的快速性、准确性、鲁棒性以及跟踪新条件下最大功率点的能力方面都有明显的提高。最后，本文根据所提出的控制方法和变换电路设计并建立了一个结构简单，易于实现的光伏发电系统最大功率点跟踪控制实验平台并利用它进行了实验，实验结果证明本文所提出的方法的正确性和有效性。 【关键词】：光伏发电 MPPT 滑模变结构控制 DC-DC变换器
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题的背景和意义8-10
• 1.1.1 课题的背景8-9
• 1.1.2 课题的意义9-10
• 1.2 MPPT 的研究现状10-14
• 1.2.1 定电压跟踪(CVT)法10
• 1.2.2 扰动观察法10-11
• 1.2.3 电导增量法11-13
• 1.2.4 模糊逻辑控制法13
• 1.2.5 神经网络控制法13-14
• 1.3 本文的主要内容14-15
• 2 光伏发电的原理及仿真模型的建立15-22
• 2.1 光伏电池的工作原理15
• 2.2 光伏电池的数学模型15-17
• 2.3 光伏电池仿真模型的建立17-18
• 2.4 光伏电池的电气特性18-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 基于滑模变结构控制的光伏系统 MPPT 控制22-44
• 3.1 滑模变结构控制的基本原理22-24
• 3.2 DC-DC 变换器的设计24-27
• 3.2.1 Zeta 电路的原理25-26
• 3.2.2 Zeta 电路的改进26-27
• 3.3 滑模控制器的设计27-30
• 3.4 基于滑模变结构控制的光伏系统 MPPT 控制仿真30-42
• 3.4.1 仿真模型的建立30-31
• 3.4.2 仿真结果及分析31-37
• 3.4.3 与 Buck-Boost 变换电路和变步长电导增量法的仿真对比37-42
• 3.5 本章小结42-44
• 4 光伏系统 MPPT 控制实验平台的设计及实验44-56
• 4.1 实验系统的硬件和软件设计44-50
• 4.1.1 硬件系统设计44-45
• 4.1.2 单片机部分硬件组成及功能设置45-46
• 4.1.3 开关信号处理部分设计46-47
• 4.1.4 改进 Zeta 电路部分设计47-48
• 4.1.5 采样电路设计48-49
• 4.1.6 LCD 显示部分设计49
• 4.1.7 实验系统的软件设计49-50
• 4.2 光伏系统 MPPT 控制实验50-55
• 4.2.1 光伏电池板输出特性的测定50-52
• 4.2.2 MPPT 控制实验结果及分析52-55
• 4.3 本章小结55-56
• 5 总结和展望56-58
• 5.1 本文总结56
• 5.2 工作展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-63
• 附录63-64
• A. 实验平台实物图63-64
• B. 作者在攻读学位期间发表的论文64

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