光伏系统中最大功率点跟踪系统的研究

【摘要】：太阳能是一种绿色可再生能源，其应用前景广阔，但外界环境对光伏电池的输出特性影响比较大，导致光伏电池的转换效率比较低。目前，光伏系统研究的重要方向在于如何利用光电转换技术最大限度地提高光伏电池的输出功率。 本文介绍了光伏电池的工作原理，电特性和外特性，详细分析了电池材料、电池结温、日照强度、串联电阻和负载阻抗对光伏电池的影响。根据最大功率点跟踪的控制原理，归纳比较了基于扰动自寻优、优化模型、智能及非线性控制和输出端控制四类方法，详细介绍了各类最大功率点跟踪(MPPT)的实现原理和优缺点。提出了恒定电压法与增量电导法相结合、恒定电压法与扰动观测法相结合的最大功率点跟踪控制算法，并对改进的扰动观测法进行了详细的分析。 本文采用模块化的方法设计了光伏系统最大功率点跟踪控制系统，详细讨论了电路参数的确定，给出了建立光伏电池的仿真模型的两种方法，着重介绍了一种通用的光伏阵列动态仿真模型，此模型可以模拟包含光照强度、环境温度、光伏阵列串并联数等参数的光伏阵列，在MATLAB/SIUMlink平台上对建立的模型进行仿真，并对仿真结果进行分析，仿真结果表明建立的模型较好的达到了预期的要求。提出了MPPT控制的实现策略，对光伏系统进行模块划分，分别建立每个模块的仿真模型，设置不同的环境条件对系统进行仿真分析。此外提供了大量的仿真结果对扰动观测法、改进的扰动观测法和增量电导法进行了对比分析，仿真结果表明加入MPPT模块能够使系统快速准确地跟踪光伏阵列的最大功率点，并能减少在最大功率点处由于振荡产生的能量损失，提高了光伏发电系统的能量转换效率，提出的改进扰动观测法能够减少传统扰动观测法中因误判而产生的功率损失，具有一定的优越性。 【关键词】：光伏系统 最大功率点跟踪（MPPT） MATLAB 仿真模型
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 太阳能发电概述11-14
• 1.2.1 太阳能的利用形式11
• 1.2.2 太阳能发电的特点11-13
• 1.2.3 光伏发电系统的类型13-14
• 1.3 光伏发电的发展现状及前景14-16
• 1.3.1 光伏发电的发展现状14-15
• 1.3.2 光伏发电的发展前景15-16
• 1.4 本文的研究内容16-18
• 第2章 光伏电池及其特性18-32
• 2.1 光伏电池的结构18
• 2.2 光伏电池的工作原理18-19
• 2.3 光伏电池的电特性19-24
• 2.3.1 光伏电池的等效电路19-21
• 2.3.2 光伏电池伏安特性曲线21-23
• 2.3.3 输出功率和曲线因数23
• 2.3.4 输出效率23-24
• 2.4 光伏电池的外特性24-28
• 2.4.1 光谱响应25
• 2.4.2 温度特性和光照特性25-27
• 2.4.3 负载特性27-28
• 2.5 光伏电池的主要影响因素28-32
• 2.5.1 电池材料的影响28
• 2.5.2 电池结温和日照强度的影响28-30
• 2.5.3 串联电阻的影响30
• 2.5.4 负载阻抗的影响30-32
• 第3章 最大功率点跟踪方法的研究32-56
• 3.1 最大功率点跟踪原理32-37
• 3.1.1 最大功率点跟踪控制的概念32-34
• 3.1.2 早期的最大功率点跟踪法34-37
• 3.2 基于扰动自寻优的控制算法37-42
• 3.2.1 扰动观测法37-39
• 3.2.2 增量电导法39-41
• 3.2.3 波动相关控制法41-42
• 3.3 基于优化模型的控制算法42-44
• 3.3.1 开路电压检测法42-43
• 3.3.2 短路电流检测法43
• 3.3.3 电流扫描法43-44
• 3.4 基于智能及非线性控制的处理算法44-48
• 3.4.1 模糊逻辑控制法44-46
• 3.4.2 神经网络法46-47
• 3.4.3 滑模控制法47-48
• 3.5 基于输出端控制的 MPPT 控制方法48-50
• 3.5.1 负载电流/电压最大法48
• 3.5.2 直流侧电压下降控制法48-50
• 3.5.3 极值周期控制法50
• 3.6 MPPT 控制算法的有机结合50-56
• 3.6.1 恒定电压法结合增量电导法52-53
• 3.6.2 恒定电压法结合扰动观测法53-56
• 第4章 最大功率点跟踪控制系统的设计与仿真56-90
• 4.1 系统设计56-60
• 4.1.1 控制系统主电路图56-57
• 4.1.2 控制系统参数的确定57-60
• 4.2 光伏电池仿真60-72
• 4.2.1 光伏电池数学模型60-62
• 4.2.2 仿真软件的选择62-63
• 4.2.3 光伏电池仿真模型63-71
• 4.2.4 仿真结果分析71-72
• 4.3 MPPT 控制的实现策略72-75
• 4.3.1 控制系统仿真模型72-73
• 4.3.2 DC/DC 仿真实现73-74
• 4.3.3 PWM 仿真实现74-75
• 4.3.4 MPPT 仿真实现75
• 4.4 MPPT 算法仿真实现及分析75-84
• 4.4.1 扰动观测法仿真实现76-80
• 4.4.2 增量电导法仿真实现80-83
• 4.4.3 两种 MPPT 仿真比较分析83-84
• 4.5 改进的 MPPT 算法实现及分析84-90
• 4.5.1 改进的扰动观测法原理84-85
• 4.5.2 改进的扰动观测法仿真实现85-87
• 4.5.3 仿真结果分析87-90
• 第5章 结论与展望90-92
• 5.1 结论90
• 5.2 展望90-92
• 参考文献92-98
• 攻读硕士期间已发表的论文98-100
• 致谢100

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