基于二分变步长跟踪法的独立式光伏系统的仿真研究

【摘要】：随着科学技术及全球经济的迅速发展,由于世界各国尤其是发展中国家对于能源的消耗需求与日俱增,且伴随着能源消耗产生的环境污染对人类的生存环境提出了严峻地挑战,太阳能作为主要的清洁能源受到了人们的广泛关注。由于太阳能电池的转换效率低且其输出特性受外部影响较大,因此对其进行最大功率跟踪以充分利用其转换所得能量对于提高光伏系统效率具有极为重要的研究价值。 本文对太阳能电池、最大功率跟踪、DC/DC转换电路和蓄电池的原理特性进行了深入地研究与分析,在扰动观测法的基础上提出了二分变步长跟踪法。该算法不仅可以很快很准确地对最大功率点进行跟踪,而且在寻找到最大功率点后振荡很小,提高了系统工作的稳定性。 本文运用Matlab/Simulink对太阳能电池进行了建模与仿真,分析了内外各因素对太阳能电池输出特性的影响;利用构建的太阳能电池模型与转换电路相连接对二分变步长跟踪法进行了仿真研究,并与扰动观测法进行比较,仿真结果表明该算法可以快速准确地对太阳能电池最大功率点进行跟踪;同时在外界环境条件变化时可以快速寻找新的最大功率工作点,具有很好的动态跟踪特性;通过M函数的编写与转换电路模型的仿真验证了变电流间歇充电的可行性。最后完成了对系统硬件电路的设计,通过PIC单片机对太阳能输出电压、输出电流和蓄电池端电压信号的采集和处理,以达到系统最大功率跟踪的功能。 【关键词】：太阳能电池 最大功率点跟踪 二分法 仿真 蓄电池
【学位授予单位】：天津大学
【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
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 国内外光伏发电发展概述9-13
• 1.2.1 世界光伏发电发展概述9-11
• 1.2.2 国内光伏发电发展概述11-13
• 1.3 光伏发电系统介绍13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第二章 太阳能电池特性及其仿真模型的研究16-34
• 2.1 太阳能电池的结构及工作原理16-18
• 2.1.1 太阳能电池的结构16-17
• 2.1.2 太阳能电池的工作原理17-18
• 2.2 太阳能电池的等效电路及输出特性18-22
• 2.2.1 理想情况下太阳能电池的等效电路18-19
• 2.2.2 实际情况下太阳能电池的等效电路19-20
• 2.2.3 太阳能电池的 I-V 特性和 P-V 特性20-21
• 2.2.4 太阳能电池的主要参数21-22
• 2.3 内部参数对太阳能电池转换效率影响的仿真研究22-26
• 2.3.1 太阳能电池等效电路仿真模型的建立22-24
• 2.3.2 串联电阻与并联电阻对转换效率影响的仿真研究24-26
• 2.4 光伏阵列数学模型的构建与仿真26-33
• 2.4.1 光伏阵列的等效电路26-28
• 2.4.2 光伏阵列的数学模型28-29
• 2.4.3 模型的构建与仿真29-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 最大功率点跟踪策略的选取与仿真34-53
• 3.1 最大功率点跟踪原理及常用方法34-38
• 3.1.1 最大功率点跟踪原理34-36
• 3.1.2 恒定电压法36
• 3.1.3 扰动观测法36-37
• 3.1.4 电导增量法37-38
• 3.2 DC/DC 转换电路38-46
• 3.2.1 降压式（Buck）DC/DC 变换电路39-42
• 3.2.2 升压式（Boost）DC/DC 变换电路42-44
• 3.2.3 降压升压式（Buck/Boost）DC/DC 变换电路44-46
• 3.3 二分变步长跟踪法的仿真研究46-52
• 3.3.1 算法原理46-48
• 3.3.2 仿真结果48-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 蓄电池特性及充电仿真研究53-64
• 4.1 VRLA 蓄电池的工作原理及主要参数53-56
• 4.1.1 VRLA 蓄电池的工作原理53-55
• 4.1.2 VRLA 蓄电池的主要参数55-56
• 4.2 蓄电池的充放电特性的研究56-58
• 4.2.1 蓄电池充电特性的研究56-57
• 4.2.2 蓄电池放电特性的研究57-58
• 4.3 蓄电池充电方法的研究58-61
• 4.3.1 恒流充电法58-59
• 4.3.2 恒压充电法59-60
• 4.3.3 脉冲式充电法60-61
• 4.4 变电流间歇充电的仿真研究61-63
• 4.4.1 变电流间歇充电法61-62
• 4.4.2 仿真结果62-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 系统总体电路的设计64-71
• 5.1 系统的总体结构64-65
• 5.2 信号采集电路的设计65-66
• 5.3 控制电路的设计66-68
• 5.3.1 主控制器的选用66-67
• 5.3.2 时钟电路67
• 5.3.3 复位电路67-68
• 5.4 驱动电路的设计68
• 5.5 电源电路的设计68-70
• 5.6 系统总体电路图70
• 5.7 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-72
• 参考文献72-75
• 发表论文和参加科研情况说明75-76
• 致谢76

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