光伏电池MPPT系统中动态自适应负载电流最大化技术的研究与设计

【摘要】：太阳能作为一种安全无污染的可再生能源,它的开发利用具有重要意义,也使得光-电转换(即光伏发电)逐渐成为近些年来最具活力的研究热点之一而最大功率点跟踪技术被用在变化的外界环境条件下保证光伏电池实现最大功率输出,提高光伏发电系统的能量利用率。 论文以光伏电池充电器为主要研究内容,其充电对象为应用最普遍的铅酸蓄电池。针对小功率系统对转换效率要求高、期望成本低的特点,采用全模拟电路搭建控制电路,以提高芯片面积利用率。为了达到结构简单且跟踪精度高的目标,提出了一种改进型的负载电流最大化跟踪技术,它结合了扰动观察法和普通负载电流最大化法的优点。系统从变换器的输出端采样负载电流,然后动态地调整参考电流值Iref以逐渐逼近最大功率点电流,既保持了传感器数量少的优势,又能灵活地实现动态自适应过程,无需事先针对不同的光伏电池和负载进行检测和参数匹配的操作,具有低成本、低功耗、高效率、高稳定性的特点,十分适合在小功率光伏发电系统中推广应用。 论文中的电路采用VIS 0.5μm 5V混合信号2P3M工艺实现,在Synopsys HSPICE仿真环境中进行验证。仿真结果表明：在该控制器的调制下,光伏发电系统能够实时跟踪光伏电池的最大功率点,在静态条件下有良好的跟踪精度,在动态条件下具有快速的响应速度,保证了系统在多变的自然环境中的杰出性能。系统整体平均追踪精度为95%,最高追踪精度能够达到98%。 【关键词】：光伏电池 最大功率点跟踪 直流/直流变换器 负载电流最大化
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 图目录9-12
• 表目录12-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 太阳能的应用前景14-15
• 1.2 光伏发电系统的基本架构15-16
• 1.3 光伏电池的分类16-18
• 1.4 蓄电池的概述18-20
• 1.5 选题意义及研究内容20-23
• 第2章 MPPT技术的分类与比较23-34
• 2.1 光伏电池的输出特性23-25
• 2.2 光伏电池的模型分析25-27
• 2.3 最大功率点跟踪技术概述27-33
• 2.3.1 比例开路电压/短路电流法27-28
• 2.3.2 爬坡法/扰动观察法28-30
• 2.3.3 纹波关系控制法30-31
• 2.3.4 负载电流/电压最大化法31-33
• 2.4 各种MPPT技术优缺点比较33-34
• 第3章 动态自适应负载电流最大化技术的实现34-44
• 3.1 动态自适应负载电流最大化技术的原理34-37
• 3.2 负载端控制方案可行性论证37-39
• 3.3 动态参考值的产生及状态切换39-40
• 3.4 峰值电流模式DCM小信号模型的建立40-44
• 第4章 电路模块的分析与设计44-61
• 4.1 带隙基准电压源44-47
• 4.2 时钟信号发生器47-48
• 4.3 折叠式共源共栅运算放大器48-52
• 4.4 比较器52-54
• 4.5 补偿网络54-61
• 第5章 系统仿真验证61-71
• 5.1 光伏电池电路模型仿真62-64
• 5.2 启动响应及静态响应64-68
• 5.3 动态响应68-69
• 5.4 系统的追踪精度69-71
• 第6章 总结71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间主要学术成果76-77
• 致谢77

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