小型光伏系统MPPT开发平台的研究与实现

【摘要】：随着世界人口的增长和经济的快速发展,人们对能源的需求逐渐增长,能源问题逐渐凸显出来,为了防止能源危机,人类需要寻找新的能源,而太阳能作为新能源的一种,它的应用范围越来越广泛,光伏发电是太阳能利用的主要趋势,为了提高发电效率,在光伏系统系统中加入MPPT算法尤为必要。本文研究内容主要分为： 1.介绍光伏系统的结构体系构成,重点利用Matlab仿真软件搭建了光伏电池工程数学模型,通过改变外界参数对光伏电池进行了动态仿真,说明了温度、光照强度以及阴影覆盖对光伏电池输出特性的影响。 2.分析最大功率跟踪原理,提出光伏系统中所用到的MPPT方法,包括物理跟踪和算法跟踪,分析每种方法的优缺点,采用Matlab/Simulink对光伏系统进行MPPT仿真。 3.通过对boost电路里电感,电容参数的计算,选择TLP250作为功率模块驱MOSFET管,设计完成了Boost电路的硬件,在此电路板中还加入了光伏电池防反接电路光伏电池输入电压显示电路,光伏电池输出电压检测电路,光伏电池输出电流检测电路等,然后通过信号发生器产生PWM信号对电路进行调试,调试成功后再接入电池进行MPPT试验。 4.本文采用了PE-Expert3光伏系统开发平台实验装置,构建了一个100W小型光伏系统,该平台是基于TMS320C6713高速浮点型DSP的高速控制系统,通过控制MOSFET管和IPM集成模块来分别实现光伏电池的MPPT和逆变器的PWM控制以及整个系统电路的保护功能等,本文同时还采用MX100数据采集系统进行实时数据采集监控,最后根据所建立的平台完成了太阳能电池的跟踪实验,包括不同方位角、不同倾角、不同阴影覆盖情况下物理跟踪的比较试验来研究电池的输出特性,然后通过扰动观察法、瞬时扫描法两种算法来控制Boost电路占空比进行最大功率试验,验证了两种算法的可行性,同时也说明了扰动观察法相比瞬时扫描法的局限性,最后采用瞬时扫描法完成了整个系统的MPPT,从光伏电池输出特性以及逆变器输出的结果验证了这种算法在此开发平台的可实现性。 【关键词】：光伏电池 Matlab/Simulink MPPT 开发平台 研究
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景11
• 1.2 光伏发电的优势及发展前景11-14
• 1.2.1 光伏发电的优点11-12
• 1.2.2 光伏发电的发展前景12-14
• 1.3 本课题所做的工作及创新14-15
• 第二章 光伏发电系统的体系构成15-26
• 2.1 光伏系统的构成及原理15-16
• 2.2 光伏电池的理论研究及模型仿真16-17
• 2.2.1 光伏电池的分类16
• 2.2.2 光伏电池的工作原理16-17
• 2.3 光伏电池的数学建模及其仿真17-23
• 2.3.1 光伏电池模型的理论研究17-20
• 2.3.2 光伏电池内部模型的仿真研究20-21
• 2.3.3 光伏电池的输出特性曲线研究21-23
• 2.4 光伏系统直流变换和逆变23-24
• 2.4.1 直流变换(DC/DC)23-24
• 2.4.2 逆变(AC/DC)24
• 2.5 小型光伏系统的设计目标24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 光伏电池MPPT的研究26-42
• 3.1 最大功率跟踪的理论分析26-28
• 3.2 MPPT控制方法的研究28-36
• 3.2.1 基于电池板固定安装的MPPT控制方法28-34
• 3.2.2 基于物理跟踪的光伏电池MPPT控制方法34-36
• 3.3 光伏电池MPPT算法的Matlab/Simulink仿真研究36-41
• 3.3.1 基于变步长式算法的光伏电池Matlab/Simulink仿真研究36-38
• 3.3.2 基于模糊控制的光伏电池Matlab/Simulink仿真研究38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 光伏系统硬件及MPPT算法研究42-57
• 4.1 系统硬件电路的构成42-43
• 4.1.1 光伏电池的参数选用42
• 4.1.2 直流变换器的组成结构42-43
• 4.1.3 逆变器的组成结构43
• 4.1.4 控制系统构成43
• 4.2 Boost电路的工作原理及其设计43-51
• 4.2.1 Boost电路的工作原理43-45
• 4.2.2 系统Boost电路的参数设计45-51
• 4.3 单相光伏发电系统的控制策略及程序设计51-52
• 4.4 系统软件开发平台使用及MPPT程序设计52-55
• 4.4.1 开发系统软件操作平台52-53
• 4.4.2 数据采集系统53
• 4.4.3 光伏电池MPPT控制程序53-55
• 4.5 光伏系统开发平台的构建55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 基于开发平台的MPPT试验与结果分析57-67
• 5.1 阴影覆盖条件下太阳能电池输出特性比较试验57-58
• 5.2 基于物理跟踪的光伏电池MPPT试验58-61
• 5.2.1 改变电池板倾角的MPPT比较试验58-60
• 5.2.2 改变电池板方位角的MPPT比较试验60-61
• 5.3 基于电池板固定安装的MPPT控制方法验证试验61-64
• 5.3.1 Boost电路中传感器的校正实验61-62
• 5.3.2 基于DSP的扰动观察法(P&O)试验62-63
• 5.3.3 基于DSP的瞬时扫描法的试验63-64
• 5.4 系统开发平台逆变实验64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 附录73-78
• 致谢78-79
• 作者攻读硕士期间发表文章79-80

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