光伏发电系统MPPT及自动跟踪控制的研究

【摘要】：随着工业化进程的逐步扩大,能源的日益枯竭,太阳能以其独特的优势成为人们重视的焦点,各国政府纷纷采取重大举措鼓励和支持太阳能的发展,近年来光伏发电在国际范围内得到了快速发展。目前光伏电池的光电转换效率较低且价格昂贵,光伏发电的成本太高,无法与传统发电模式相比,影响了光伏产业的发展。为了降低光伏发电的成本,国内外的许多专家学者都在不断探索,现阶段较成熟的方法主要有跟踪法和聚光法。跟踪法即采用自动跟踪模式,保持太阳光始终垂直照射光伏阵列表面,是提高太阳能利用率、降低光伏发电成本的有效途径,研究精确的光伏发电自动跟踪装置可使光伏阵列接收到更多的太阳能,增加光伏发电量。 本文通过对国内外光伏发电跟踪系统现状和发展前景的研究,阐述了光伏发电跟踪系统的特点及其主要结构,基于光伏电池的等效电路搭建了光伏阵列的仿真模型,并对该模型的正确性进行了验证。在分析比较MPPT经典控制算法的基础上,搭建了MPPT模糊控制的仿真模型,提出了一种基于模糊控制的自适应占空比扰动法,通过对比传统占空比扰动法、自适应占空比扰动法与基于模糊控制的自适应占空比扰动法的仿真结果说明了该方法的优越性。 给出了太阳运行规律及太阳角的计算方法,在进行系统功能分析的基础上,将CMAC-PID复合控制方法应用到跟踪控制系统中,并通过仿真验证了该方法的可行性。完成了自动跟踪系统整体框架及光强检测电路、电机驱动电路等硬件的设计,给出了系统主程序及光电跟踪和视日运动轨迹跟踪子程序的软件流程。 【关键词】：光伏发电 自动跟踪 光强检测 电机控制
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 绪论9-13
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究意义10-11
• 1.3 国内外研究动态11-12
• 1.4 本文的主要研究内容12-13
• 2. 光伏电池模型搭建与特性研究13-23
• 2.1 光伏电池工作原理13
• 2.2 光伏电池等效电路13-16
• 2.3 光伏电池的仿真实现16-22
• 2.3.1 仿真原理16-19
• 2.3.2 光伏电池特性分析19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3. 光伏电池MPPT 控制算法研究与仿真实现23-33
• 3.1 MPPT 控制基本原理23
• 3.2 常用MPPT 方法23-28
• 3.2.1 恒定电压控制法23-24
• 3.2.2 扰动观察法24-26
• 3.2.3 电导增量法26-27
• 3.2.4 间歇扫描法27-28
• 3.3 基于模糊控制的自适应占空比扰动法28-32
• 3.3.1 模糊控制算法28-30
• 3.3.2 仿真实现30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4. 太阳跟踪方法及控制策略研究33-44
• 4.1 太阳辐射原理33-35
• 4.2 太阳运行轨迹计算35-38
• 4.2.1 地平坐标系和极轴坐标系35
• 4.2.2 库伯方程35-36
• 4.2.3 太阳角计算36-38
• 4.3 跟踪方式38-41
• 4.3.1 视日运动轨迹跟踪38-40
• 4.3.2 光电跟踪40-41
• 4.3.3 视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合41
• 4.4 控制方式41-43
• 4.4.1 开环控制41-42
• 4.4.2 闭环控制42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 5. 跟踪控制器的设计与仿真44-55
• 5.1 系统功能分析44
• 5.2 系统硬件设计44-48
• 5.2.1 整体设计45
• 5.2.2 光强检测电路设计45-47
• 5.2.3 电机驱动电路设计47-48
• 5.3 系统软件设计48-50
• 5.4 CMAC 与PID 并行控制50-54
• 5.5 本章小结54-55
• 6. 总结与展望55-56
• 参考文献56-61
• 附录: 硕士研究生学习阶段发表论文61-62
• 致谢62-63

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