光伏并网发电系统中最大功率点跟踪算法的研究

【摘要】：随着工业社会的飞速发展和世界人口的持续剧增，能源枯竭及环境污染问题使人们逐渐把目光投向新能源的开发应用上来。在新能源技术中，光伏发电技术以其原料丰富、成本低廉和绿色环保等优势成为学术界和产业界的研究焦点。最大功率点跟踪环节是光伏发电系统的关键技术之一，此环节影响着整个系统的控制精度和光电转化效率，对降低发电成本、推进光伏技术深入发展具有重大意义。本文对光伏并网发电系统中的最大功率点跟踪技术进行了深入的理论研究和实验验证，主要研究内容和成果如下： (1)介绍了光伏发电技术的研究意义及发展历程，对光伏发电系统的分类和组成以及单相两级式光伏并网发电系统的相关理论进行了简要概述，为在此系统中进行最大功率点跟踪技术的研究和实现奠定了理论基础。 (2)对光伏电池的发电理论、光伏特性以及最大功率点跟踪技术的实质和相关方法进行了详细阐述，并对比分析了现存方法的优缺点及适用环境。提出了基于在线短路电流法和变步长滞环比较控制法的双模式跟踪算法以解决传统闭环控制方法在小范围内因干扰产生的误判和在最大功率点附近的振荡问题。 (3)在Matlab/Simulink环境下搭建了光伏模块的模型和基于Boost电路的MPPT跟踪平台，并对光伏特性和PO法、导纳增量法及本文提出的基于在线短路电流法和变步长滞环比较控制法的双模式跟踪算法进行仿真，结果验证了本文所提方法的可行性。 (4)搭建以TMS320LF2407A处理器为控制核心的实验平台，并在此平台上对传统的PO法和基于在线短路电流法和变步长滞环比较控制法的双模式跟踪算法进行对照实验。实验结果表明，本文所提方法可以有效避免小范围内干扰产生的误判和最大功率点附近的振荡问题，具有较强的实用性。 【关键词】：光伏并网发电 最大功率点跟踪 滞环比较控制 变步长
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 光伏发电的背景及其优势9
• 1.2 光伏发电的发展与现状9-11
• 1.2.1 国外光伏发电的发展与现状9-10
• 1.2.2 国内光伏发电的发展与现状10-11
• 1.3 光伏发电系统的分类与组成11-12
• 1.3.1 离网式发电系统的组成11-12
• 1.3.2 并网式发电系统的组成12
• 1.4 本文的主要研究内容12-14
• 第二章 单相两级式光伏并网发电系统的相关理论14-22
• 2.1 单相两级式光伏并网发电系统的组成14-15
• 2.2 前级 Boost 电路的理论研究15-18
• 2.2.1 Boost 电路的升压原理[15]15-16
• 2.2.2 Boost 电路实现最大功率点跟踪的阻抗匹配原理16-17
• 2.2.3 Boost 电路中重要参数的设计17-18
• 2.3 后级并网逆变理论的研究18-21
• 2.3.1 逆变器工作原理[17]18-20
• 2.3.2 SPWM 技术的基本原理20
• 2.3.3 后级并网逆变电路对前级 Boost 电路的影响20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 光伏发电系统中最大功率点跟踪技术的研究22-40
• 3.1 光伏电池的工作原理及光伏特性22-24
• 3.1.1 光伏电池的工作原理22-23
• 3.1.2 光伏电池的特性曲线23-24
• 3.2 最大功率点跟踪的方法的介绍24-33
• 3.2.1 恒压法(Constant Voltage Tracking, CVT)24-25
• 3.2.2 短路电流法(Short-circuit Current Tracking)25
• 3.2.3 开路电压法(Open-circuit Voltage Tracking)25
• 3.2.4 扰动观测法（Perturbation and Observation method，P&O）25-28
• 3.2.5 电导增量法28-29
• 3.2.6 模糊逻辑控制方法29-31
• 3.2.7 人工神经网络控制31-33
• 3.3 各类型 MPPT 控制算法的优缺点及适应场合33-34
• 3.4 基于在线短路电流法和变步长滞环比较控制法的的双模式控制方法34-39
• 3.4.1 在线短路电流法34
• 3.4.2 滞环比较控制法的理论概述34-37
• 3.4.3 变步长的滞环比较控制法37
• 3.4.4 基于在线短路电流法和变步长滞环比较控制法的新型双模式 MPPT 法37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 光伏发电系统 MPPT 的仿真40-50
• 4.1 仿真工具 MATLAB/Simulink 的简介40
• 4.2 光伏电池的模型搭建及特性分析40-45
• 4.2.1 光伏阵列的仿真模型40-41
• 4.2.2 光伏电池的模型搭建41-43
• 4.2.3 光伏特性仿真系统及特性分析43-45
• 4.3 光伏并网发电系统 MPPT 算法的仿真45-49
• 4.3.1 扰动观察法的 MPPT 算法仿真45-46
• 4.3.2 电导增量法的 MPPT 算法仿真46-47
• 4.3.3 基于在线短路电流法和变步长滞环比较控制法的双模式 MPPT 算法仿真47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 硬件实现平台的设计50-58
• 5.1 采样电路的设计50-53
• 5.1.1 直流电流采样电路的设计50-52
• 5.1.2 直流电压采样电路的设计52-53
• 5.2 Boost 电路的设计53-55
• 5.3 Boost 驱动电路的设计55
• 5.4 保护电路的设计55-56
• 5.5 TMS320LF2407A 处理器的概述56-57
• 5.6 本章小结57-58
• 第六章 软件设计和实验结果分析58-64
• 6.1 系统软件的设计58-61
• 6.1.1 扰动观察法最大功率跟踪流程图[56]59-60
• 6.1.2 基于在短路电流法和变步长滞环比较控制法的双模式控制方法60-61
• 6.2 实验平台及结果分析61-63
• 6.2.1 实验平台61-62
• 6.2.2 实验结果及分析62-63
• 6.3 本章小结63-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 总结64
• 7.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间的研究成果70-71
• 致谢71

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