太陽能光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤控制策略研究

【摘要】：當(dāng)今社會，無論如何討論新能源和傳統(tǒng)能源的利害關(guān)系都不分過。我們的世界正面臨著以化石燃料為基礎(chǔ)而支撐的能源系統(tǒng)所帶來的一系列威脅，如資源枯竭、環(huán)境污染、生態(tài)惡化、氣候變化。新能源的開發(fā)很好的緩解了這個問題，在新能源中最具有應(yīng)用前景的是太陽能，其具有可持續(xù)、清潔、分布廣闊等特點，必將成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的支柱。然而在太陽能開發(fā)過程中，如何提高能量的轉(zhuǎn)換效率是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心問題。最大功率跟蹤（Maximum power point tracking，簡稱MPPT）技術(shù)的出現(xiàn)，行之有效的改善了能量轉(zhuǎn)換效率，太陽能的利用效率得到了大幅的提高。 本文的控制對象為太陽能電池，通過對其電氣特性的分析展開對MPPT技術(shù)進行研究，并對整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)進行仿真，最后通過硬件進行實現(xiàn)。 首先，介紹太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，并依據(jù)太陽能光伏電池的等效電路，分析太陽能光伏電池的電氣特性，使用Matlab/Simulink軟件建立太陽能電池板的模型。其次分析了太陽能光伏系統(tǒng)，通過采取改變DC/DC電路的占空比來改變輸出電壓，從而實現(xiàn)光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤，設(shè)計了MPPT的硬件電路，包括BOOST主回路和以MSP430單片機為核心的控制電路。再次，對實現(xiàn)MPPT的控制方法進行研究和分析，簡單介紹幾種常用的MPPT控制方法，針對算法中存在的問題，提出了模糊PID控制方法，設(shè)計了模糊PID控制器，并對該方法進行仿真。為進一步提高轉(zhuǎn)換效率，用機械方法對太陽進行自動跟蹤。最后，對所做的研究工作的結(jié)果進行了分析和總結(jié)。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 光伏電池 MPPT BOOST電路 模糊PID控制
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 課題的研究背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外關(guān)于光伏發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r11-13
• 1.2.1 國外光伏發(fā)電的歷史與現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)光伏發(fā)電歷史與現(xiàn)狀12-13
• 1.3 課題研究意義13-14
• 1.4 課題研究內(nèi)容14-15
• 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成15-24
• 2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)15-22
• 2.1.1 光伏電池電氣特性15-17
• 2.1.2 太陽能光伏電池的等效電路17-19
• 2.1.3 光伏電池仿真模型19-22
• 2.2 蓄電池的原理和特性22-23
• 2.2.1 鉛酸蓄電池的儲能原理22-23
• 2.2.2 鉛酸蓄電池的保護23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第三章 最大功率跟蹤控制系統(tǒng)實現(xiàn)24-35
• 3.1 微處理器24-25
• 3.2 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路25-31
• 3.2.1 直流斬波電路的基本原理25-27
• 3.2.2 BOOST 升壓式變換電路27-29
• 3.2.3 器件選型級參數(shù)設(shè)定29-31
• 3.3 采樣電路31-32
• 3.4 驅(qū)動電路32-33
• 3.5 充電電路33-34
• 3.6 本章小結(jié)34-35
• 第四章 最大功率跟蹤算法設(shè)計35-59
• 4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)36
• 4.2 最大功率跟蹤算法36-43
• 4.2.1 恒定電壓控制法37-38
• 4.2.2 電壓擾動觀察法38-39
• 4.2.3 增量電導(dǎo)法39-42
• 4.2.4 最優(yōu)梯度法42-43
• 4.3 基于模糊 PID 的 MPPT 控制43-54
• 4.3.1 模糊技術(shù)簡介43-44
• 4.3.2 模糊控制原理44-45
• 4.3.3 PID 控制原理45-46
• 4.3.4 模糊 PID 控制器設(shè)計46-54
• 4.4 基于擾動觀察法和模糊 PID 的光伏 MPPT 仿真54-58
• 4.4.1 基于擾動觀察法的光伏 MPPT 仿真54-55
• 4.4.2 基于模糊 PID 的光伏 MPPT 仿真55
• 4.4.3 仿真波形的對比55-57
• 4.4.4 最大功率跟蹤仿真結(jié)論57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 太陽能跟蹤系統(tǒng)的實現(xiàn)59-66
• 5.1 視日運行軌道跟蹤方法59-60
• 5.2 光電自動跟蹤技術(shù)60-62
• 5.2.1 光傳感元件設(shè)計60-62
• 5.2.2 光電跟蹤軟件實現(xiàn)62
• 5.3 太陽能跟蹤系統(tǒng)實物圖62-63
• 5.4 實驗結(jié)果分析63-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 第六章 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-70
• 在學(xué)研究成果70-71
• 致謝71

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