光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法的研究

【摘要】：日益严峻的能源危机和环境问题使得人们不断探索新能源。太阳能是最环保、储量最丰富、最容易直接利用的能源之一，并以各种方式被广泛利用。光伏发电是一种利用太阳能的有效方式，已成为当前研究的热点。但是光伏发电系统所使用的光伏电池输出功率受光照强度和温度等因素的影响，其输出具有非线性特性，影响光伏发电系统的整体输出效率，对光伏电池的输出最大功率点进行跟踪控制很有必要。 本文简要介绍了光伏发电系统，最大功率点跟踪(MPPT)的原理及常用方法，并对这些常用最大功率点跟踪控制方法进行详细分析，针对其存在的最大功率点附近振荡现象、跟踪速度慢和误判问题，提出了一种改进的算法。在MATLAB/Simulink仿真环境下，对本文所提出的算法和常规自适应算法进行了仿真分析，仿真结果表明本文提出的改进算法能够有效解决这些问题，相对常规自适应算法具有更好的动态和稳态特性。 在理论分析的基础上，本文设计了以美国TI公司的DSP处理控制芯片TMS320F2812为核心的光伏发电系统最大功率点跟踪控制硬件电路部分和软件部分。硬件电路部分包括Boost主电路、MOSFET驱动和保护电路、直流电流和直流电压采样处理电路及DSP辅助电路等；软件部分包括主程序流程设计、中断子程序流程设计、采样部分设计等，本文都进行了详细的设计介绍。 搭建了光伏发电系统最大功率点跟踪控制的实验平台，并基于该实验平台设计了实验方案。对常规自适应算法和本文所提出的改进算法进行了实验及分析，实验结果验证了本文提出改进算法的有效性。 【关键词】：光伏系统 最大功率点跟踪 变步长 DSP
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 光伏发电及最大功率跟踪的发展9-13
• 1.2.1 光伏发电的发展9
• 1.2.2 光伏发电系统的结构9-12
• 1.2.3 最大功率跟踪控制的发展12-13
• 1.3 光伏发电国内外发展状况13-14
• 1.3.1 国外发展状况13-14
• 1.3.2 国内发展状况14
• 1.4 本课题研究主要内容14-16
• 第2章 最大功率点跟踪控制的基本原理16-32
• 2.1 太阳能光伏电池的基本原理16-20
• 2.1.1 光伏效应16
• 2.1.2 光伏电池的等效电路16-17
• 2.1.3 光伏电池的输出特性17-18
• 2.1.4 光伏电池 MATLAB/Simulink 模型建立18-20
• 2.2 最大功率点跟踪控制的基本原理及常用方法20-27
• 2.2.1 最大功率点跟踪控制的基本原理20-21
• 2.2.2 常用的最大功率点跟踪控制方法21-27
• 2.3 Boost 升压电路27-30
• 2.3.1 Boost 升压电路原理27-29
• 2.3.2 Boost 电路实现光伏电池输出工作点变化的原理29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 最大功率点跟踪控制算法研究32-42
• 3.1 算法跟踪速度慢及最大功率点附近振荡问题研究32-37
• 3.1.1 光照强度和温度恒定状况下常用算法存在的主要问题32-35
• 3.1.2 最大功率点跟踪速度慢及振荡问题解决方法35-37
• 3.2 外界环境条件突变情况下跟踪算法的误判问题研究及解决办法37-39
• 3.3 仿真对比分析39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 最大功率点跟踪控制硬件设计部分42-52
• 4.1 主电路设计42-44
• 4.1.1 电感参数计算42-43
• 4.1.2 电容参数计算43-44
• 4.1.3 二极管选取44
• 4.1.4 开关器件 MOSFET 的选取44
• 4.2 开关器件 MOSFET 驱动电路设计44-45
• 4.3 开关器件 MOSFET 缓冲电路设计45-46
• 4.4 DSP 芯片及其最小系统搭建46-48
• 4.4.1 TMS320F2812 芯片46-47
• 4.4.2 TMS320F2812 最小系统实现47-48
• 4.5 直流信号检测调理电路48-51
• 4.6 串行通讯电路51
• 4.7 本章小结51-52
• 第5章 最大功率点跟踪控制软件设计部分52-58
• 5.1 CCS 集成开发环境介绍52-53
• 5.2 软件设计总框图53-57
• 5.2.1 中断服务子程序部分设计53-56
• 5.2.2 模拟量数字量转换软件设计56-57
• 5.2.3 主程序部分57
• 5.3 本章小结57-58
• 第6章 实验部分58-63
• 6.1 实验平台58-59
• 6.2 实验结果59-62
• 6.2.1 光伏电池输出曲线测试59
• 6.2.2 最大功率点跟踪实验59-62
• 6.3 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录70-71

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