光伏发电系统的最大功率点跟踪方法研究

【摘要】：随着世界能源的短缺以及环境污染问题的日益严重,新能源的开发愈来愈受到人们的重视。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,以其储量巨大、清洁、无污染等特点受到人们的青睐,太阳能利用技术得以迅速发展,光伏发电成为重要的研究领域,其关键技术的研究对提高光伏发电效率、降低成本具有重要意义。 本文针对如何提高太阳能光伏发电系统的转换效率,对太阳能电池、DC/DC部分电路的设计和最大功率点跟踪技术进行了深入研究。其主要内容包括以下几个方面: 1.分析人类面临的能源危机与环境污染问题,讨论太阳能光伏发电的优势及其国内外光伏发电的现状。 2.研究光伏发电系统的组成,以及根据不同场合需要对太阳能光伏发电系统所进行的分类。 3.从研究光伏电池的输出特性出发,根据光伏电池的I-V特性建立了光伏电池阵列的MATLAB仿真模型,分析了太阳辐射强度和温度对光伏电池阵列输出特性的影响。 4.详细分析几种常用的DC/DC变换器的拓扑结构及其优缺点,提出利用Boost型DC/DC变换器实现转换,根据系统要求对Boost变换器的参数进行优化设计,并运用MATLAB软件仿真验证其可行性。 5.分析最大功率点跟踪原理,比较现有的几种最大功率点跟踪控制算法的优、缺点,设计了一种基于模糊控制的最大功率点跟踪算法。 6.分析Boost变换器实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的原理,利用建立的Simulink仿真模型对基于Boost变换器的MPPT算法进行了仿真研究,仿真结果表明基于模糊控制的MPPT算法比其他几种算法具有更好的控制效果。 【关键词】：光伏电池 最大功率点跟踪(MPPT) DC/DC变换器 模糊控制 MATLAB仿真
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 人类面临的能源危机与环境污染问题12-13
• 1.2 太阳能和光伏发电的优势13-14
• 1.3 光伏发电的发展和现状14-16
• 1.3.1 全球光伏发电的发展和现状14-15
• 1.3.2 国内光伏发电的发展和现状15-16
• 1.4 课题研究目的与主要内容16-18
• 2 光伏发电系统概述18-22
• 2.1 光伏发电系统的基本组成18-19
• 2.2 太阳能光伏发电系统的分类19-21
• 2.2.1 独立供电的光伏发电系统19
• 2.2.2 并网光伏发电系统19-20
• 2.2.3 混合型光伏发电系统20-21
• 2.3 带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统21-22
• 3 光伏电池的特性研究22-33
• 3.1 光伏电池的工作原理22
• 3.2 光伏电池的分类22-23
• 3.3 光伏电池的数学模型23-26
• 3.3.1 光伏电池的理论模型23-25
• 3.3.2 光伏电池的简化模型25-26
• 3.3.3 光伏电池组件与阵列26
• 3.3 光伏电池的仿真模型26-30
• 3.4 光伏电池特性分析30-33
• 3.4.1 光伏电池输出特性曲线30-31
• 3.4.2 光伏电池特性分析31-33
• 4 DC/DC变换器的分析与设计33-47
• 4.1 典型的DC/DC变换器33-41
• 4.1.1 降压式变换器33-35
• 4.1.2 升压式变换器35-37
• 4.1.3 升降压式变换器37-39
• 4.1.4 库克变换器39-41
• 4.2 DC心C变换器的比较选择41
• 4.3 升压变换器Boost电路设计41-43
• 4.3.1 储能电感L的选取42
• 4.3.2 滤波电容C的选取42-43
• 4.3.3 二极管和功率开关管的选取43
• 4.4 升压变换器Boost电路的仿真43-44
• 4.5 DC/DC变换器在光伏发电系统中的功能实现44-47
• 5 光伏发电系统最大功率点跟踪算法研究47-60
• 5.1 最大功率点跟踪47
• 5.2 MPPT算法的原理47-48
• 5.3 几种常用的MPPT算法分析与比较48-53
• 5.3.1 恒电压跟踪法49-50
• 5.3.2 功率回授法50
• 5.3.3 扰动观察法50-52
• 5.3.4 电导增量法52-53
• 5.4 基于模糊逻辑控制的MPPT算法53-60
• 5.4.1 模糊逻辑控制的基本原理53
• 5.4.2 选择模糊逻辑控制方案的原因53-54
• 5.4.3 模糊控制在MPPT中的应用54-55
• 5.4.4 确定输入和输出变量55-57
• 5.4.5 建立模糊控制规则57-58
• 5.4.6 模糊输出量的反模糊化58-60
• 6 基于Boost变换器的MPPT研究与仿真分析60-67
• 6.1 Boost变换器实现MPPT的原理60-61
• 6.2 基于变换器的MPPT算法仿真61-67
• 6.2.1 扰动观察法仿真61-63
• 6.2.2 电导增量法仿真63-64
• 6.2.3 基于模糊控制的MPPT算法仿真64-66
• 6.2.4 仿真结果比较与分析66-67
• 7 总结与展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文情况73-74
• 附录2 使用模糊控制实现MPPT的模糊控制规则74-77

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