光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法的研究

【摘要】：当今世界,能源危机日益突出,寻找可替代的能源成为各国研究的焦点。太阳能以其资源丰富、可再生、清洁无害等优点而备受青睐,太阳能的开发也得到前所未有的重视。光伏发电是太阳能的直接利用形式,由于光伏电池受外界环境的影响,光伏发电系统的效率就会受到影响。针对这一问题,本文对光伏发电系统的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法进行了较深入的研究,先叙述了控制方法的理论,然后建立MATLAB仿真模型,进行仿真实验。 本文首先对光伏发电系统进行了分析,概述了各个组成部分,并根据光伏发电系统的不同工作场合,对其进行了分类,还介绍了目前国内外光伏发电系统的应用。 其次,本文从阐述光伏电池的工作原理和特性曲线出发,建立了光伏电池的MATLAB仿真模型。同时,还介绍了光伏电池常用的最大功率点跟踪方法：恒电压控制(CVT),扰动观察法(PO),电导增量法(INC)及固定参数法等,在此基础上,提出改进的方法：固定电流法结合扰动观察法,详细分析了其控制过程并给出了控制流程图。 然后,本文比较分析了两种常用的光伏发电系统的DC-DC变换器工作原理,在文中提出利用Boost型DC-DC变换器实现转换,并对参数进行分析和设计,建立基于Boost电路的光伏发电系统MPPT控制仿真模型,分别利用扰动观察法、电导增量法及固定电流法结合扰动观察法这三种算法进行MPPT控制仿真实验。实验表明最大功率点跟踪效果良好。 最后,文中对光伏并网发电系统中的并网逆变器进行了深入分析,针对并网系统中广泛应用的单级式光伏并网系统,分析了其控制原理,建立了控制模型,并在MATLAB环境下进行了光伏并网系统的仿真。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 Boost电路 逆变器 单级式光伏发电系统
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 全球能源危机及环境问题10
• 1.2 太阳能的开发与利用10-11
• 1.3 光伏发电技术的现状及发展11-14
• 1.3.1 光伏发电的发展历史11
• 1.3.2 国外光伏发电的发展11-12
• 1.3.3 我国光伏发电的发展12-13
• 1.3.4 并网发电成为光伏发电的发展趋势13-14
• 1.4 本文的主要工作14-16
• 第2章 光伏发电系统概述16-22
• 2.1 光伏发电系统的构成16
• 2.2 光伏阵列16-17
• 2.3 变换器17-18
• 2.4 储能元件18
• 2.5 光伏发电系统分类18-20
• 2.5.1 独立光伏发电系统18-19
• 2.5.2 并网光伏发电系统19-20
• 2.6 光伏发电系统的应用20-21
• 2.7 本章小结21-22
• 第3章 光伏发电系统的最大功率点跟踪原理分析22-40
• 3.1 光伏电池的工作原理和特性分析22-27
• 3.1.1 光伏电池的基本工作原理22
• 3.1.2 光伏电池的等效模型22-23
• 3.1.3 光伏电池的仿真模型23-25
• 3.1.4 光伏电池的特性25-27
• 3.2 光伏电池的最大功率点跟踪方法27-37
• 3.2.1 恒电压控制法(Constant Voltage Tracking-CVT)27-28
• 3.2.2 扰动观察法(Perturb & Observe algorithms-P&O)28-30
• 3.2.3 电导增量法(Incremental Conductance-INC)30-32
• 3.2.4 三点重心比较法(Three-Point Weight Comparison)32-33
• 3.2.5 最优梯度法(Optimal Gradient Method)33-34
• 3.2.6 固定参数法(Fixed-Parameter Method)34-35
• 3.2.7 固定电流法结合扰动观察法35-37
• 3.3 本章小结37-40
• 第4章 光伏发电系统的最大功率点跟踪控制仿真研究40-52
• 4.1 光伏发电系统中的DC-DC变换器研究40-44
• 4.1.1 基本的DC-DC变换电路40-41
• 4.1.2 Boost变换器的原理分析41-42
• 4.1.3 Boost电路中的参数设计及仿真分析42-44
• 4.2 光伏发电系统的MPPT控制方法仿真研究44-51
• 4.2.1 扰动观察法仿真45-47
• 4.2.2 电导增量法仿真47-49
• 4.2.3 固定电流法结合扰动观察法仿真49-50
• 4.2.4 仿真结果的比较分析50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 光伏并网系统最大功率点跟踪控制策略及实现52-62
• 5.1 并网逆变器52-56
• 5.1.1 并网逆变器的分类52-53
• 5.1.2 并网逆变器实现的功能53
• 5.1.3 并网逆变器的结构53-56
• 5.2 单级式光伏并网发电系统的最大功率点跟踪控制策略56-60
• 5.2.1 单级式光伏并网发电系统的结构56-57
• 5.2.2 单级式并网系统最大功率点跟踪的实现策略57-60
• 5.3 单级式光伏并网系统MPPT控制的仿真分析60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 6.1 全文总结62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表论文68-70
• 致谢70

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