基于模糊控制的光伏MPPT控制策略研究

【摘要】：近年来，在全球能源短缺和环境污染严重的双重压力下，寻求可再生能源是当前的热点问题。太阳能作为一种绿色的可再生能源，具有分布地域广阔、无污染等优点，因而广受大众青睐。将太阳能转化成电能是太阳能的一种重要转换形式，目前光电转换技术在不断的发展壮大，已达到可大规模应用的水平。在走可持续发展道路的大背景下，光伏电池有着良好的发展前景。光伏发电技术虽然前景广阔，但仍存在着一定的问题。一直居高不下的光伏电池价格是制约其产业化和规模化的主要因素之一。如何提高光伏发电系统的转换效率成为光伏发电亟待解决的核心问题之一。本课题针对如何提高光伏发电系统的转换效率问题，从光伏电池的输出特性着手，对光伏电池的最大功率点跟踪策略进行了研究；并提出了一种改进的模糊控制算法，仿真结果表明该方法在控制速度和控制精度上有着一定的改善，控制效果良好。将该技术运用于光伏发电两级式结构中，可以提高光伏电池的利用率，有着一定的实际应用价值。 课题研究内容包括：(1)光伏发电研究现状分析；(2)对光伏电池的工作原理及其输出特性以及光电转换效率进行研究介绍，并给出等效的光伏阵列模型；(3)根据光伏阵列的数学模型，建立了Matlab/Simulink环境下光伏阵列的计算机仿真模块；(4)为了让光伏电池板工作在最大输出功率状态，加入一个中间转换网络，使参数变化的太阳能电池和可能变化的负载构成一个匹配网络。即使外界环境快速变化，该网络也能实现阻抗匹配，使光伏电池始终工作在最大功率点处。由于逆变器母线端所需的电压等级较高，光伏发电系统采用Boost电路作为中间匹配网络的拓扑结构，根据Boost电路原理图，建立Boost电路中MOSFET的PWM脉冲触发电路模型；利用搭建的仿真模型，对光伏系统进行仿真，对比分析了不同的MPPT控制算法，测试其性能优劣。研究方法主要采用理论推导、仿真分析和搭建实际电路相结合的方法。光伏电池最大功率跟踪系统以TI公司32位数字信号处理器TMS320F2812为控制芯片，以升压Boost电路为主电路实现电压的转换。论文给出了详细的软、硬件设计过程，最后对光伏电池最大功率跟踪系统实际电路进行了测试，所测试参数和波形反映了该系统能迅速的跟踪到最大功率点处。实验结果表明改进的MPPT控制算法具有较好的控制性能，满足项目需求。 【关键词】：光伏电池 最大功率点跟踪 Boost变换器 Matlab 模糊控制器
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-13
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 课题研究意义10-11
• 1.3 课题研究内容11-13
• 第2章 光伏发电系统 MPPT 应用基础13-19
• 2.1 光伏电池输出特性及 MPPT13-15
• 2.1.1 光伏电池等效电路13-14
• 2.1.2 光伏电池输出特性曲线14-15
• 2.2 光伏电池仿真模型15-17
• 2.3 最大功率点跟踪的概念17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第3章 MPPT 常用方法及仿真分析19-28
• 3.1 恒定电压法19
• 3.2 扰动观察法19-22
• 3.3 电导增量法22-24
• 3.4 其他 MPPT 方法24
• 3.5 基于扰动观察法和电导增量法的光伏 MPPT 仿真结果分析24-27
• 3.5.1 基于扰动观察法的 MPPT 仿真模型及结果25-26
• 3.5.2 基于电导增量法的 MPPT 仿真模型及结果26-27
• 3.6 本章小结27-28
• 第4章 基于模糊控制的 MPPT 系统28-41
• 4.1 模糊控制法28-30
• 4.2 最大功率点跟踪的模糊控制算法30-34
• 4.2.1 模糊控制 MPPT 的基本思想30-31
• 4.2.2 基于模糊控制的 MPPT 仿真模型31-34
• 4.3 改进的模糊控制系统设计34-38
• 4.3.1 选择模糊控制器的结构34-36
• 4.3.2 选取模糊控制规则36
• 4.3.3 基于 MATLAB 的模糊控制器的设计过程36-38
• 4.4 仿真结果对比分析38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 第5章 基于光伏应用系统平台的软硬件实现41-50
• 5.1 DC/DC 设计41-45
• 5.1.1 升压式变换电路42-43
• 5.1.2 器件选型及具体参数设计43-45
• 5.2 外围电路设计45-48
• 5.2.1 检测和采样电路设计45-46
• 5.2.2 驱动电路设计46-48
• 5.3 控制器实现48
• 5.4 光伏发电系统部分实验结果分析48-49
• 5.5 本章小节49-50
• 第6章 结论与展望50-53
• 6.1 本文工作总结50-51
• 6.2 今后工作的展望51-53
• 参考文献53-56
• 致谢56-57
• 附录57

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