光伏电池最大功率跟踪器的模糊控制及其应用

【摘要】：近年来,由于全球能源的逐渐紧张和环境污染的日益严重,清洁的可再生的太阳能越来越受到人们的重视,同时太阳能的光电转换技术也不断发展至可大规模应用的水平。在未来,光伏电池的应用有着良好的发展前景。目前,光伏系统所面临的主要问题是转换效率低且价格昂贵。通过在光伏电池和负载间加入最大功率跟踪控制器可解决这一问题,达到充分利用太阳能的目的。模糊控制技术是智能控制技术中发展较成熟的一个分支,并具有一系列传统控制无法比拟的优点。将模糊控制应用于光伏电池的最大功率点跟踪既有现实意义,又具有时代意义。 本文的研究成果为一光伏电池的最大功率跟踪系统,将模糊控制技术应用于光伏电池的最大功率点跟踪,验证其可行性,并达到了预期的性能要求,使得光伏电池的转换效率达到88%以上。 本文从研究光伏电池的输出特性出发,运用MATLAB建立光伏电池模型进行模拟仿真,分析其工作特性。在此基础上,分析现有的几种最大功率点跟踪控制算法的工作原理,并比较其优、缺点,提出了一种改进的、具有在线参数调整功能的自适应占空比扰动法,能够同时保证系统的动、稳态性能,但算法的实现较复 【关键词】：光伏电池 最大功率点跟踪 模糊控制器 升压直流变换器 PI控制器 SIMUlink仿真 数字信号处理器
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 第一章 绪论14-23
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 相关研究15-19
• 1.2.1 光伏电源系统15-16
• 1.2.2 最大功率点跟踪16-17
• 1.2.3 模糊控制技术17-18
• 1.2.4 电力电子仿真工具18-19
• 1.3 研究内容及意义19-20
• 1.3.1 研究内容19-20
• 1.3.2 研究意义20
• 1.4 论文结构20-23
• 第二章 光伏电池特性的研究23-36
• 2.1 光伏电池的工作原理23-24
• 2.2 光伏电池的电气特性24-28
• 2.2.1 光伏电池输出特性方程24-27
• 2.2.2 光伏电池模组与阵列27-28
• 2.3 光伏电池的仿真实现28-35
• 2.3.1 仿真原理与模型28-31
• 2.3.2 光伏电池的特性分析31-35
• 2.4 小结35-36
• 第三章 基于模糊控制的最大功率点跟踪算法的研究36-66
• 3.1 光伏系统的最大功率点跟踪37-38
• 3.2 几种常用的最大功率点跟踪算法分析及比较38-44
• 3.3 一种改进的自适应最大功率点跟踪算法44-48
• 3.3.1 占空比扰动法44-46
• 3.3.2 一种改进的自适应占空比扰动法46-48
• 3.4 SIMUlink仿真48-52
• 3.4.1 仿真原理48-50
• 3.4.2 仿真结果与分析50-52
• 3.5 模糊控制基本原理52-56
• 3.5.1 模糊化( Fuzzification)53
• 3.5.2 模糊控制规则库的建立53-54
• 3.5.3 解模糊( Defuzzification)54-56
• 3.5.4 模糊控制器的设计流程56
• 3.6 模糊控制算法56-59
• 3.6.1 查表法56-58
• 3.6.2 软件模糊推理法58
• 3.6.3 解析公式法58-59
• 3.7 最大功率点跟踪的模糊控制算法59-65
• 3.7.1 基本思想59-61
• 3.7.2 SIMUlink仿真61-65
• 3.8 小结65-66
• 第四章 光伏电池最大功率跟踪系统的规格与结构设计66-89
• 4.1 系统规格与整体结构66-67
• 4.2 升压式(Boost)变换器的设计67-75
• 4.2.1 基本电路特性67-70
• 4.2.2 关键元件的选取70-72
• 4.2.3 仿真分析72-75
• 4.3 驱动电路的设计75-78
• 4.3.1 MOSFET驱动电路75-77
• 4.3.2 继电器驱动电路77-78
• 4.4 电流、电压检测电路设计78-84
• 4.4.1 电流检测电路78-80
• 4.4.2 电压检测电路80-81
• 4.4.3 线性隔离放大电路81-83
• 4.4.4 实验结果与分析83-84
• 4.5 扰动电路的设计84-85
• 4.6 PWM产生与 A/D转换模块设计85-87
• 4.7 硬件结构87-88
• 4.8 小结88-89
• 第五章 光伏电池最大功率跟踪系统的功能设计89-111
• 5.1 系统功能描述89-90
• 5.2 DSP软件开发流程90-92
• 5.3 系统软件框架设计92-95
• 5.4 DC/DC恒定压控制器的设计95-102
• 5.4.1 升压Boost电路的小信号模型分析95-97
• 5.4.2 控制器的设计与分析97-100
• 5.4.3 控制器的实现100-102
• 5.5 基于模糊的最大功率点跟踪控制器的设计102-105
• 5.6 负载管理模块的设计105-107
• 5.7 异常检测模块的设计107-109
• 5.8 数字滤波和标度转换109-110
• 5.8.1 数字滤波方法109
• 5.8.2 线性参数值的标度变换109-110
• 5.9 小结110-111
• 第六章 光伏电池最大功率跟踪系统的测试结果与性能分析111-121
• 6.1 测试工具111
• 6.2 DC/DC恒电压控制的性能测试111-114
• 6.3 最大功率点跟踪控制的性能测试114-120
• 6.3.1 基于扰动观察法的测试结果114-117
• 6.3.2 基于模糊逻辑控制的测试结果117-120
• 6.4 负载管理模块的性能测试120
• 6.5 小结120-121
• 第七章 总结与展望121-127
• 参考文献127-132
• 附录一 电路原理图132-134
• 附录二 印刷电路板图134-136
• 附录三 元件清单136-142
• 附录四 实物图142-143
• 附录五 程序源代码143-165
• 科研项目和发表的论文165-166
• 致谢166

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