太陽能車光伏發(fā)電MPPT算法及控制研究

【摘要】：隨著經濟的發(fā)展，人們對汽車的需求量越來越大，因此汽車所需要的石油等燃料總量也越來越大。然而有限的石油、煤、天然氣已經越來越不能滿足人們的需求，取而代之的新能源，比如風能、地熱能、太陽能逐漸受到人們的重視，對它們的研究力度也逐步加強。本文就是基于這樣的背景，對太陽能車進行了設計研究。 本文首先對太陽能車電路的總體布置進行了介紹，對太陽能車的各個組成部分進行了選型與設計，著重介紹了光伏電池，分析太陽能電池的發(fā)電基本理論，并且運用Matlab/Simulink軟件建立光伏電池的仿真模型，繪出太陽能電池的輸出特性曲線并且對輸出特性曲線進行了分析。 接著對光伏發(fā)電控制器的硬件和軟件分別進行了設計分析，并且著重對最大功率跟蹤算法進行研究分析，這也是本文研究的重點內容。分析了最大功率跟蹤常用算法的優(yōu)點、缺點及其原理，常用算法包括固定電壓法、擾動觀測法、增量電導法等，并提出了結合固定電壓法，功率滯環(huán)的數值分析方法，并且這種方法不同與其他方法，是基于數學模型的研究。 為了檢驗算法的有效性，用Matlab/Simulink對算法建立仿真模型，繼而對算法進行仿真分析。在仿真時，對新算法和傳統算法進行比較。仿真結果表明算法有效可行以及新算法的優(yōu)越性。 在驗證了算法以后，進行了硬件平臺的搭建，把光伏發(fā)電控制器一共分成了四個部分，主要包括庫克主電路，驅動與檢測電路，DSP電路和電源電路，分別介紹了各個電路的作用，為最后的具體實驗做準備。 最后利用搭建好的硬件平臺，對三種經典算法以及提出的新算法進行了實驗分析。結果表明新算法由于結合了固定電壓法和功率滯環(huán)法，不但提高了最大功率輸出的穩(wěn)定性，也提高了追蹤最大功率點的速度。仿真和實驗都證明了算法的實用性和有效性，對以后太陽能車光伏發(fā)電這方面有著參考意義。 【關鍵詞】：太陽能汽車 光伏電池 最大功率點跟蹤 控制器 庫克電路
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：U469.721
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 太陽能電動車的研究目的與意義10-11
• 1.2 太陽能電動車的優(yōu)越性11
• 1.3 太陽能電動車在國內外發(fā)展情況11-13
• 1.4 太陽能電動車技術發(fā)展13-14
• 1.5 本文主要研究內容14-15
• 1.6 本章總結15-16
• 第2章 太陽能車電路16-27
• 2.1 電路系統結構框圖16
• 2.2 各個元器件設計選型16-21
• 2.2.1 光伏電池16-18
• 2.2.2 MPPT 控制器18
• 2.2.3 電機18-19
• 2.2.4 蓄電池19-20
• 2.2.5 測電壓、轉速20-21
• 2.3 光伏電池的特性曲線與模型21-26
• 2.3.1 光伏電池的工作原理21
• 2.3.2 光伏電池的數學模型21-24
• 2.3.3 光伏電池的仿真模型24-25
• 2.3.4 光伏電池的仿真特性曲線25-26
• 2.4 本章總結26-27
• 第3章 光伏發(fā)電最大功率追蹤算法27-39
• 3.1 光伏陣列的最大功率點跟蹤控制常用方法27-32
• 3.1.1 MPPT 控制基本原理27
• 3.1.2 固定電壓法27-29
• 3.1.3 擾動觀察法29-31
• 3.1.4 電導增量法31-32
• 3.2 MPPT 算法設計32-37
• 3.2.1 固定電壓法啟動及第一個功率點的測量34
• 3.2.2 第二個點與第三個點的測量34-35
• 3.2.3 最大功率點的求取與功率滯環(huán)35-37
• 3.3 MPPT 控制方法發(fā)展方向37-38
• 3.4 本章總結38-39
• 第4章 最大功率跟蹤算法仿真分析39-46
• 4.1 庫克電路仿真模型建立39-40
• 4.1.1 仿真參數的設置39-40
• 4.2 固定電壓法40-41
• 4.2.1 固定電壓法仿真模型40
• 4.2.2 固定電壓法仿真結果40-41
• 4.3 擾動法41-42
• 4.3.1 擾動法仿真模型41
• 4.3.2 擾動法仿真結果41-42
• 4.4 增量電導法42-43
• 4.4.1 增量電導法仿真模型42-43
• 4.4.2 增量電導法仿真結果43
• 4.5 數值分析法43-45
• 4.5.1 數值分析法仿真模型43-44
• 4.5.2 數值分析法仿真結果44-45
• 4.6 本章小結45-46
• 第5章 光伏發(fā)電控制器的硬件設計46-61
• 5.1 光伏電池47
• 5.2 電源設計電路47-49
• 5.3 DSP 控制電路49-50
• 5.4 DC-DC 變換電路的介紹50-51
• 5.5 典型的 DC-DC 變換電路51-56
• 5.5.1 降壓式變換器51-52
• 5.5.2 升壓式變換器52-54
• 5.5.3 升降壓式變換器54-55
• 5.5.4 庫克式變換器55-56
• 5.6 DC-DC 變換電路設計56-59
• 5.6.1 控制器變換電路的參數設計56-57
• 5.6.2 DC-DC 變換電路圖設計57-59
• 5.7 本章總結59-61
• 第6章 MPPT 算法實驗結果分析61-69
• 6.1 實驗參數設置61
• 6.2 實驗結果61-68
• 6.2.1 光伏電池的實驗特性曲線62
• 6.2.2 固定電壓法實驗結果62-64
• 6.2.3 擾動法實驗結果64-65
• 6.2.4 增量電導法實驗結果65-66
• 6.2.5 數值分析法實驗結果66-68
• 6.3 本章總結68-69
• 結論69-71
• 1.工作總結69-70
• 2.創(chuàng)新點70
• 3.展望70-71
• 參考文獻71-74
• 致謝74

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