基于模糊PID控制的光伏系统最大功率点跟踪的研究

【摘要】：近来，随着经济快速发展，环境污染越来越严重。在可持续发展大背景下，在全球范围内，都在寻找一种清洁能源来代替传统的化石燃料。有着独特优势的太阳能登上了舞台，受到很多国家的重视。建立光伏发电系统和提高其效率变得尤为重要。 随着温度、日照强度等外界参数的变化，光伏电池的输出功率是不断变化的。若想获得最大的输出功率，对其进行最大功率点跟踪(MPPT)是不可或缺的。由于光伏发电系统不是一个线性的系统，对其采用模糊控制会有好的效果。针对现有的模糊控制法仍然存在震荡，跟踪速度不够快，提出了一种改进的模糊控制算法，即将PID控制与模糊控制结合起来的模糊PID控制法。主要研究工作如下： 首先，本文以光伏并网发电系统作为研究对象，分析了其相关背景和国内外的现状。实现最大功率点跟踪的是DC/DC变换电路，通过对常见拓扑结构的分析，选择了Boost变换电路，并对其相关参数进行了推导。 其次，从光伏电池的发电原理出发，依次介绍了其等效电路和输出特性。针对最大功率点跟踪的原理进行了重点分析。对几种常见的MPPT方法包括恒定电压法、扰动观察法、电导增量法的原理进行了分析。重点对模糊控制法和本文所提出的模糊PID控制法进行了详细的设计，并应用了可变论域的思想。 再次，在Matlab/Simulink环境下，建立了光伏电池、光伏阵列的仿真模型和Boost电路实现通用的MPPT模型。依次对电导增量法、模糊控制法和模糊PID控制法进行仿真实验。在光照突变时，对以上三种方法进行仿真，实现MPPT所用的时间分别为0.15s、0.007s、0.002s，且模糊PID控制法的波形表现最好。仿真结果表明，模糊PID控制法对外界环境变化响应快，震荡小，稳态性能最好。 最后，采用TMS320LF2812处理器为主控制器，实现光伏发电系统的整体设计。在此平台上对模糊控制法和模糊PID控制法进行对比实验。实验结果表明模糊PID控制法确实具有跟踪速度快，稳态性能好和震荡小的优点。 【关键词】：光伏系统 最大功率点跟踪 DC/DC变换器 模糊PID控制
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 本文的研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外光伏产业的发展现状及前景10-11
• 1.2.1 国外光伏产业的发展现状及前景10
• 1.2.2 国内光伏产业的发展现状及前景10-11
• 1.3 论文主要研究内容11-12
• 1.4 本章小结12-13
• 第二章 光伏发电系统相关理论13-21
• 2.1 光伏发电系统13-16
• 2.1.1 光伏发电系统组成13-14
• 2.1.2 光伏发电系统的分类14-16
• 2.2 DC/DC 变换电路16-19
• 2.2.1 DC/DC 拓扑结构16
• 2.2.2 Boost 电路16-19
• 2.3 Boost 变换器参数设计19-20
• 2.3.1 设计输入电感 L19
• 2.3.2 设计输出电容 C19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 光伏发电系统最大功率点跟踪方法研究21-45
• 3.1 光伏电池原理和特性21-24
• 3.1.1 光伏电池的等效电路22-23
• 3.1.2 光伏电池的输出特性23-24
• 3.2 最大功率点跟踪的原理24-26
• 3.3 最大功率点跟踪的方法26-30
• 3.3.1 恒定电压法（CVT）26-27
• 3.3.2 扰动观察法（P&O）27-28
• 3.3.3 电导增量法（INC）28-30
• 3.3.4 其它 MPPT 方法30
• 3.4 本文采用的最大功率点跟踪方法30
• 3.5 基于模糊 PID 控制的 MPPT 策略30-44
• 3.5.1 模糊控制系统设计31-36
• 3.5.2 PID 控制36-38
• 3.5.3 模糊 PID 控制系统设计38-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 光伏发电系统最大功率点跟踪方法的仿真45-56
• 4.1 光伏电池和光伏阵列仿真模型45-49
• 4.1.1 光伏电池仿真模型45-46
• 4.1.2 光伏阵列仿真模型46-47
• 4.1.3 光伏阵列输出特性仿真47-49
• 4.2 Boost 电路实现的 MPPT 模型49-50
• 4.3 MPPT 跟踪算法的仿真50-54
• 4.3.1 电导增量法仿真50-51
• 4.3.2 模糊控制法仿真51-53
• 4.3.3 模糊 PID 控制法仿真53-54
• 4.4 光照突变时 MPPT 方法仿真比较54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 系统硬件电路及软件实现56-69
• 5.1 系统总体电路设计56-57
• 5.2 相关硬件电路设计57-61
• 5.2.1 TMS320LF2812 芯片57-58
• 5.2.2 电源电路58
• 5.2.3 采样检测电路58-60
• 5.2.4 MOSFET 驱动电路设计60-61
• 5.3 系统软件设计61-62
• 5.4 实验平台62-63
• 5.5 实验结果与分析63-68
• 5.5.1 电源电路实验63-64
• 5.5.2 采样电路实验64-65
• 5.5.3 MOSFET 驱动电路实验65-66
• 5.5.4 Boost 电路实验66
• 5.5.5 MPPT 实验波形66-68
• 5.6 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-74
• 攻读学位期间的研究成果74-75
• 致谢7

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