BIPV单体光伏电池最大功率跟踪的研究

【摘要】： 建筑节能与低碳排放已倍受人们的关注,而降低建筑能耗、减少建筑耗能给环境带来的污染亦成为当前的焦点。太阳能因其清洁环保、资源丰富的优点,作为新能源被世界各国开发和利用。建筑物具有大量的迎光面积并没有产生经济效益,将太阳能发电系统与建筑物相结合,既可以降低太阳能发电系统的成本,又可以降低系统在远距离电力传输过程中的电能损耗。随着科技的飞速发展,太阳能光伏建筑必将成为新能源和建筑节能的有效途径之一。本文研究了光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic,简称BIPV)存在的效率问题。 为实现BIPV系统的高效率,对光伏系统电气结构进行研究,并对光伏系统中DC/DC变换器与传统DC/DC变换器之间的主要差异进行研究。采用软开关技术,适当提高开关管的工作频率,降低变换器的体积与重量。在理论分析基础上,选用改进Boost-ZVT-PWM电路作为实验样机的主电路拓扑结构。为减少太阳能电池板之间的失配现象,提出一种适用于BIPV建筑的直流模块式电气结构,可以提高电池组件的发电效率,同时能以交流、直流两种形式向建筑物供电。 提出新的控制算法。在太阳能电池板的建模与仿真分析基础上,对BIPV最大功率跟踪控制技术(maximum power point tracking,简称MPPT)进行研究。在对比较常用的MPPT控制算法进行仿真分析的基础上,提出一种改进扰动观察控制算法。该算法拥有扰动观察法的全部优点,同时提高了扰动观察法的跟踪速度,降低了控制器的复杂程度,并通过仿真分析验证新的控制算法的可行性与优越性。 对变换器的硬件电路进行设计,包括主电路、辅助电路、控制电路。对电路中各元件参数进行详细计算与合理选型。对变换器的软件流程进行设计,包括主程序、MPPT控制程序、PWM驱动波形生成方法。针对实验中出现的实际问题,对改进后的MPPT控制算法进行修改,提出可行的解决方案。 最后,通过实验样机的实验测试,验证本文技术方案的有效性与可行性。 【关键词】：光伏建筑一体化 直流建筑模块 最大功率点跟踪 改进扰动观察法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 光伏建筑一体化(BIPV)概述10-12
• 1.2.1 BIPV 系统的概念10
• 1.2.2 BIPV 的优点及其经济性10-11
• 1.2.3 BIPV 系统存在的技术问题11-12
• 1.2.4 BIPV 系统的设计原则12
• 1.3 国内外研究现状与工程实例12-15
• 1.4 本课题主要研究内容15-17
• 第2章 BIPV 系统电气结构与太阳能电池建模17-29
• 2.1 光伏发电系统分类17-18
• 2.2 BIPV 系统电气结构18-20
• 2.2.1 BIPV 系统中常用的电气结构18-20
• 2.2.2 DC-Module 控制模式20
• 2.3 太阳能电池建模20-25
• 2.3.1 太阳能电池的原理20-21
• 2.3.2 太阳能电池分类21-22
• 2.3.3 太阳能电池的建模22-25
• 2.4 太阳能电池的工作特性25-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 光伏阵列最大功率跟踪算法的研究与仿真29-47
• 3.1 光伏发电系统最大功率跟踪原理29-30
• 3.2 常用的最大功率跟踪算法(MPPT)及仿真分析30-42
• 3.2.1 恒定电压法(CVT)31-34
• 3.2.2 扰动观察法(P&O)34-38
• 3.2.3 电导增量法(IncCond)38-42
• 3.3 改进的MPPT 控制算法42-44
• 3.3.1 改进扰动观察法的原理42-43
• 3.3.2 改进扰动观察法的仿真分析43-44
• 3.4 改进算法与其它MPPT 算法仿真对比分析44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 光伏系统直流模块的硬件设计与软件实现47-67
• 4.1 光伏发电系统中DC/DC 变换器的特点47
• 4.2 典型的DC/DC 变换电路47-50
• 4.2.1 降压式变换器(Buck Converter)48-49
• 4.2.2 升压式变换器(Boost Converter)49
• 4.2.3 升降压式变换器(Boost-Buck Converter)49-50
• 4.3 改进型BOOST-ZVT-PWM 变换器工作原理50-53
• 4.4 硬件电路设计53-62
• 4.4.1 变换器的系统结构框图53-54
• 4.4.2 主电路参数设计54-57
• 4.4.3 辅助电路设计57-62
• 4.5 控制电路设计62-66
• 4.5.1 控制芯片介绍62-63
• 4.5.2 系统软件设计63-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第5章 仿真分析与实验研究67-74
• 5.1 变换器实验样机67-68
• 5.2 主电路仿真与实验波形68-69
• 5.3 变换器MPPT 跟踪性能测试69-72
• 5.3.1 光强变化下MPPT 追踪测试70-71
• 5.3.2 MPPT 效率测试71-72
• 5.4 变换器效率测试72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80-82
• 致谢82

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