光伏发电最大功率点跟踪系统的设计与研究

【摘要】：光伏发电是太阳能的直接利用形式,如何高效率的利用太阳能成为研究的重点。针对这一问题,本文对光伏发电系统的最大功率点跟踪控制(MPPT)方法做了较深入的研究。 本文首先介绍了光伏发电最大功率及光伏发电系统的相关概念和发展现状,以无锡尚德公司的STP0950S-36型号光伏电池的数学模型为基础,建立了光伏电池的Simulink模型,分析了外界环境对光伏电池特性的影响。 本文对光伏发电系统的一个核心问题——最大功率点跟踪控制进行了较为深入的研究。针对常用最大功率点跟踪控制方法的跟踪精度与跟踪速度问题,设计了两种改进的方法。针对常用最大功率点跟踪方法的跟踪速度问题,本文设计了模糊控制与扰动观察法相结合的方法,根据不同搜索区域合理改变搜索步长,在保证跟踪精度的条件下,明显的提高了跟踪速度；针对太阳能电池等效电阻的非线性特性,设计了基于动态阻抗匹配的最大功率点跟踪控制方法,通过对非线性特性的线性化处理,实现了动态阻抗匹配,减少了调节过程,进一步提高了跟踪精度与跟踪速度。在Simulink环境下,对基于模糊控制的最大功率点跟踪和基于动态阻抗匹配的最大功率点跟踪进行了仿真验证,并且将这两种方法与常用的扰动观察法、电导增量法进行对比,仿真证明了本文提出的两种方法在跟踪精度和跟踪速度上有明显的改进,并有不同的适应对象。 最后,为了验证本文提出的方法在光伏并网系统中的适用性,设计了双级式光伏并网系统及最大功率点跟踪控制系统,将最大功率点跟踪系统与光伏并网逆变器连接,并对整个系统在Simulink下进行了仿真。仿真结果表明,在光伏并网系统接入电网之后,仍然能够跟踪上光伏电池的最大功率点,并且逆变器能够输出与电网同频同相的正弦波电流。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 模糊控制 阻抗匹配
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 太阳能的开发与利用11
• 1.3 国内外光伏发电技术的现状及发展11-13
• 1.4 光伏系统中最大功率点跟踪的必要性13
• 1.5 论文主要研究内容13-16
• 第2章 光伏发电系统的概述16-24
• 2.1 光伏发电系统的构成16-18
• 2.1.1 光伏阵列16-17
• 2.1.2 变换器17-18
• 2.1.3 储能元件18
• 2.2 光伏发电系统的类型18-20
• 2.2.1 独立型运行光伏发电系统18-19
• 2.2.2 并网光伏发电系统19
• 2.2.3 互补型光伏发电系统19-20
• 2.3 光伏发电系统的应用20-22
• 2.3.1 独立光伏发电系统20-21
• 2.3.2 屋顶光伏发电系统21
• 2.3.3 大型并网光伏发电系统21-22
• 2.4 本章小节22-24
• 第3章 光伏电池的特性及模型仿真24-34
• 3.1 光伏电池的概述24
• 3.1.1 光伏电池的工作原理24
• 3.1.2 光伏电池的种类介绍24
• 3.2 光伏电池等效电路24-25
• 3.3 光伏电池的数学模型25-26
• 3.4 光伏电池的特性26-28
• 3.5 光伏电池的模型仿真28-32
• 3.6 本章小节32-34
• 第4章 光伏发电系统最大功率点跟踪控制的研究34-50
• 4.1 最大功率点跟踪控制原理34-35
• 4.2 最大功率点跟踪系统中DC/DC变换器的选择与设计35-40
• 4.2.1 Boost变换器用于MPPT控制的理论分析37
• 4.2.2 变换器的参数设计37-39
• 4.2.3 Boost变换器的仿真研究39-40
• 4.3 常用最大功率点跟踪方法的分析40-49
• 4.3.0 最大功率点跟踪常用方法的原理分析40-46
• 4.3.1 最大功率点跟踪方法的Simulink仿真模型46-47
• 4.3.2 扰动观察法的仿真及分析47-48
• 4.3.3 电导增量法的仿真及分析48-49
• 4.4 本章小节49-50
• 第五章 改进最大功率点跟踪控制方法的研究50-66
• 5.1 基于模糊控制的扰动观察法50-57
• 5.1.1 模糊控制的基本原理50
• 5.1.2 模糊控制器的设计流程50-52
• 5.1.3 模糊控制在光伏发电最大功率点跟踪系统中应用52-55
• 5.1.4 基于模糊控制的扰动观察法的仿真及分析55-57
• 5.2 基于动态阻抗匹配的最大功率点跟踪法57-61
• 5.2.1 等效阻抗的概念57-58
• 5.2.2 等效阻抗的匹配误差58
• 5.2.3 基于等效阻抗匹配的光伏发电MPPT控制方式58-60
• 5.2.4 基于动态阻抗匹配的最大功率点跟踪控制仿真及分析60-61
• 5.3 改进最大功率点跟踪方法与常用方法仿真比较分析61-64
• 5.3.1 基于模糊控制的最大功率点方法与扰动观察法的比较分析61-62
• 5.3.2 基于动态等效阻抗匹配的跟踪方法与扰动观察法的比较分析62-64
• 5.4 本章小节64-66
• 第6章 双级式光伏并网最大功率点跟踪控制系统的研究66-74
• 6.1 逆变器的分类66-68
• 6.2 并网逆变器实现的功能68
• 6.3 并网逆变器的调制方式68-70
• 6.3.1 三角波比较方法68-69
• 6.3.2 滞环比较方法69-70
• 6.4 双级式光伏并网最大功率点跟踪控制70-72
• 6.4.1 双级式光伏并网系统的结构70-71
• 6.4.2 双级式光伏并网最大功率点跟踪系统的仿真71-72
• 6.5 本章小节72-74
• 总结与展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 攻读硕士期间的研究成果82

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