光伏发电系统MPPT技术研究

【摘要】：本文主要针对部分阴影遮挡条件下光伏发电系统的MPPT技术进行研究,以光伏组件的输出特性分析与研究为基础,通过搭建光伏阵列的模型,对部分阴影遮挡条件下光伏阵列的输出特性进行了理论研究与机理分析。为了从根本上解决由部分阴影遮挡所导致的阵列输出功率大幅下降及多峰特性等问题,对比研究了集中式、组串式和组件式三种光伏发电系统的拓扑结构、MPPT控制策略及功率输出特性,得出了组件式光伏发电系统MPPT具有明显优势的结论。在组件式系统的MPPT技术方面,主要研究了双向Buck-Boost变换器和Sepic变换器。在对这两种拓扑的小信号模型分析的基础上,分别进行了电压电流双闭环的MPPT控制环路设计,提出了一种改进型滞环比较MPPT算法；针对双向Buck-Boost变换器,还提出了一种双载波的调制控制方法。利用Matlab及Psim搭建系统的模型,实现了任意外界条件下光伏阵列的最大功率输出,验证了双闭环MPPT控制策略及改进型滞环比较MPPT算法的有效性；最后在器件参数选择、调制方法、控制复杂程度及工作效率等方面对这两种组件式拓扑进行了对比分析。本文的主要创新点包含以下几点： ①基于对数学模型及简化模型的对比分析,提出了一种精确工程模型,它以数学模型为基准,对简化模型的补偿参数进行拟合修正,同时兼顾了精确度与复杂程度； ②提出了一种改进型滞环比较MPPT算法,不仅能有效解决振荡和误判问题,同时还能兼顾速度与精度,达到高效、准确实现最大功率点追踪的目的； ③提出了一种双载波的双向Buck-Boost变换器调制方法,能自适应地实现工作模式的切换,保证了任意外界条件下组件的最大功率输出； ④针对组件式MPPT的控制,提出了一种电压电流双闭环的控制策略,实现了状态变量的解耦控制,具有较好的鲁棒性、快速响应特性及较高的可靠性。 【关键词】：光伏阵列 部分阴影遮挡 多峰特性 集中式MPPT 分布式MPPT 小信号模型 双向Buck-Boost变换器 Sepic变换器
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 论文研究的背景及意义11-13
• 1.2 光伏发电系统中的MPPT技术概述13-17
• 1.2.1 光伏组件及光伏阵列输出特性研究现状14-15
• 1.2.2 MPPT算法研究现状15-17
• 1.3 MPPT算法的实现方式及其分析比较17-18
• 1.3.1 集中式MPPT技术17
• 1.3.2 分布式MPPT技术17-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-21
• 2 部分阴影遮挡对光伏阵列输出特性的影响研究21-37
• 2.1 光伏电池的基本原理21-22
• 2.2 光伏组件的输出特性及仿真分析22-29
• 2.2.1 光伏组件的数学模型22-26
• 2.2.2 光伏组件的简化工程模型26-27
• 2.2.3 光伏组件的精确工程模型27-29
• 2.3 光伏阵列的输出特性及仿真分析29-36
• 2.3.1 均匀条件下光伏阵列的输出特性30-31
• 2.3.2 部分阴影条件下光伏阵列的输出特性31-36
• 2.4 本章小结36-37
• 3 MPPT控制算法研究37-49
• 3.1 改进型滞环比较MPPT控制算法研究37-40
• 3.1.1 基本原理37-38
• 3.1.2 仿真分析与验证38-40
• 3.2 多峰MPPT控制算法研究40-48
• 3.2.1 基于等功率曲线的全局扫测法41-43
• 3.2.2 基于等效面积的多峰MPPT算法43-46
• 3.2.3 仿真分析46-48
• 3.3 本章小结48-49
• 4 部分阴影遮挡条件下MPPT实现方式的对比研究49-59
• 4.1 集中式MPPT技术49-50
• 4.2 分布式MPPT技术50-53
• 4.2.1 组串式MPPT技术50-51
• 4.2.2 组件式MPPT技术51-53
• 4.3 发电量对比分析53-57
• 4.4 本章小结57-59
• 5 组件式MPPT技术研究59-89
• 5.1 组件式MPPT拓扑59-61
• 5.2 基于双向Buck-Boost变换器的微型DC/DC变流器研究61-75
• 5.2.1 工作特性分析62-65
• 5.2.2 MPPT控制策略研究65-71
• 5.2.3 系统建模与仿真分析71-75
• 5.3 基于Sepic变换器的微型DC/DC变流器研究75-86
• 5.3.1 工作特性分析及参数选择76-81
• 5.3.2 小信号模型分析及环路设计81-84
• 5.3.3 系统建模与仿真84-86
• 5.4 两种拓扑的对比86-87
• 5.5 本章小结87-89
• 6 总结与展望89-91
• 参考文献91-95
• 附录A95-97
• 附录B97-99
• 作者简历99-103
• 学位论文数据集103

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