并网光伏发电系统最大功率点跟踪技术的研究

【摘要】： 太阳能作为一种新兴的绿色能源,以其取之不竭、用之不尽、无污染等优点,受到人们越来越多的重视。光伏发电是充分利用太阳能的一种有效方式之一。由于目前光伏电池板的价格比较高,转换效率比较低,为了降低系统造价和有效地利用太阳能,光伏发电进行最大功率跟踪显得尤为必要。 作为光伏发电系统的核心部件,光伏电池的输出功率的大小代表了光伏发电系统性能的优劣。但因受到外界条件影响,光伏电池输出功率并不是一直保持在最大状态下,所以当其产生变化时应进行实时准确的跟踪。影响最大功率输出的因素主要是光强和温度。当外界因素发生变化时,就必须利用最大功率点跟踪技术实时跟踪光伏电池阵列的输出,使得光伏电池阵列输出最大的功率。 本文以并网光伏发电系统为研究对象,通过对其进行理论分析,从系统的参数选择、拓扑结构、控制算法、最大功率跟踪等方面作了详细的分析和研究。主要工作内容如下： 首先介绍了课题相关研究背景、国内外光伏产业发展现状。 然后对光伏系统的光伏电池及具体MPPT算法进行了研究。通过建立电池数学模型和MATLAB仿真,验证了光伏电池的非线性。通过对几种常用MPPT控制方法进行研究对比其运行中存在的优缺点,采用一种改进的扰动观察法,即通过改变占空比来达到最大功率点跟踪的目的。 其次完成了光伏系统的主电路及控制电路的选择设计。主电路部分采用Boost电路,设计用于MPPT的DC-DC转换电路；给出了光伏电池输出电流、电压的检测电路,IGBT的驱动电路。控制部分设计了基于MSP-TS430PM64A99为核心的光伏电池的最大功率跟踪控制系统。 最后,对MPPT控制方法中的PO和INC以及改进的PO这三种方法,进行建模和仿真。通过仿真和实验结果分析证明采用改进的PO法切实可行,系统跟踪性能快速、稳定。 【关键词】：光伏 并网发电 最大功率点跟踪 DC-DC变换器 MATLAB仿真
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景13-14
• 1.1.1 我国能源形势严峻13
• 1.1.2 传统能源开发利用带来严重的负效应13-14
• 1.2 太阳能的特点与开发利用14-15
• 1.2.1 太阳能的特点14
• 1.2.2 太阳能光伏发电的开发利用14-15
• 1.3 国内外光伏发电产业的现状与未来15-17
• 1.3.1 国外光伏发电产业的现状与未来15-16
• 1.3.2 我国光伏发电产业的现状与未来16-17
• 1.4 最大功率点跟踪方面的国内外现状及本文主要研究工作17-19
• 第二章 光伏系统简介及光伏电池特性研究19-27
• 2.1 太阳能光伏系统简介19-21
• 2.1.1 光伏系统基本组成19-20
• 2.1.2 光伏系统的分类20-21
• 2.1.3 光伏系统的应用21
• 2.2 光伏电池数学模型的建立21-23
• 2.2.1 光伏电池发电原理21-22
• 2.2.2 光伏电池的数学模型22-23
• 2.3 光伏电池的特性分析23-26
• 2.3.1 光伏电池的几个重要参数23-24
• 2.3.2 外界环境对光伏电池输出特性的影响24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 最大功率点跟踪(MPPT)算法的研究27-38
• 3.1 最大功率点跟踪的概念27
• 3.2 MPPT原理27-28
• 3.3 光伏系统最大功率点跟踪控制算法研究28-35
• 3.3.1 非自寻优算法28
• 3.3.2 自寻优算法28-35
• 3.4 本文采用的MPPT控制算法35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 太阳能光伏发电系统硬件电路设计38-50
• 4.1 DC-DC变换器的设计38-45
• 4.1.1 太阳能光伏发电系统常用DC-DC变换器及其特点38-39
• 4.1.2 常用DC-DC变换器原理介绍39-42
• 4.1.3 Buck电路与Boost电路的分析比较42
• 4.1.4 Boost电路用于最大功率跟踪的分析42-43
• 4.1.5 升压变换电路中参数的设计43-45
• 4.2 控制电路设计45-49
• 4.2.1 主控制芯片的选择46
• 4.2.2 系统主控制电路46-47
• 4.2.3 驱动电路的设计47-48
• 4.2.4 信号检测电路的设计48
• 4.2.5 保护电路的设计48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 光伏发电系统MPPT的仿真与实验50-60
• 5.1 MATLAB/SIMUlink的简介50
• 5.2 光伏电池的输出特性仿真50-52
• 5.3 光伏发电系统MPPT控制方法的仿真52-56
• 5.3.1 扰动观察法的MPPT仿真52-53
• 5.3.2 改进的扰动观察法MPPT仿真53-54
• 5.3.3 增量导纳法的MPPT仿真54-55
• 5.3.4 光强突变时两种扰动观察法的仿真比较55-56
• 5.4 实验结果56-59
• 5.4.1 光伏发电系统实验电路图56-57
• 5.4.2 主控制芯片输出波形图57-58
• 5.4.3 DC-DC变换仿真实验58-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 学位论文评阅及答辩情况表68

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