海上獨立光伏系統(tǒng)優(yōu)化設計與MPPT研究

【摘要】：海洋探索需要高新技術設備,設備離不開能量,在海面上最大的能量來源就是太陽能。獨立光伏供電系統(tǒng)的優(yōu)化設計和最大功率跟蹤技術(Maximum Power Point Tracking,MPPT)一直都是能量管理的重要研究內(nèi)容。海上獨立光伏系統(tǒng)優(yōu)化設計的難點主要是如何計算光伏電板在一天內(nèi)輸出的能量。海浪使光伏電板的傾斜角和方位角不斷變化,光伏電板接收到的有效輻照度也在不斷變化。在一定時間內(nèi),光伏電板的方位角是不變的,而傾斜角會呈周期性變化,因此本文采用積分平均的方法。該方法可以將水平光伏電板在分段時間內(nèi)接收到的有效輻照度轉化為海上光伏電板接收到的有效輻照度,然后綜合溫度的影響,計算出分段時間內(nèi)光伏電板在非標準測試條件下輸出的能量,最后根據(jù)生存條件和系統(tǒng)負載決定儲能設備的容量,根據(jù)分段時間內(nèi)光伏電板輸出能量的迭代計算和條件限制來確定光伏組件的規(guī)模,實現(xiàn)優(yōu)化設計。擾動觀測法具有簡單易行,經(jīng)濟性好等優(yōu)點,一直是MPPT策略的首選。但在海面上,光伏電板接收到的有效輻照度是連綿不斷地變化的。當輻照度對輸出功率的影響超過擾動步長對輸出功率的影響時,系統(tǒng)就會判斷錯誤。若步長設定的很大,的確可以對輻照度變化率很大的情況做出正確判斷,但系統(tǒng)輸出會不穩(wěn)定。本文采用閉環(huán)與開環(huán)短路電流比例系數(shù)法(FSCC)相結合的MPPT策略,給出了固定比例系數(shù)步長下閉環(huán)FSCC可正確判斷的輻照度變化率范圍,在該范圍內(nèi)不斷逼近最佳比例系數(shù),超出該范圍時采用開環(huán)FSCC,這樣光伏電板就能夠輸出更多的能量,而且不用擔心因步長過大而使系統(tǒng)輸出不穩(wěn)。在仿真中,本文驗證了變輻照度下該MPPT策略的優(yōu)越性,同時發(fā)現(xiàn)了容性負載時占空比的合理存在范圍。在實驗中,MPPT主拓撲采用同步Buck電路,負載直接連接超級電容,以此來實現(xiàn)快速充電和能量的高效率傳輸。實驗驗證了超級電容負載時占空比的合理存在范圍,并且在定輻照度下,分別用占空比擾動觀測法和閉環(huán)FSCC實現(xiàn)了對超級電容的最大功率充電作業(yè),但未驗證新型MPPT策略在變輻照度下的優(yōu)越性。 【關鍵詞】：海上光伏供電系統(tǒng) 優(yōu)化設計 MPPT 變輻照度 閉環(huán)FSCC
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 研究的目的與意義8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-13
• 1.2.1 光伏供電系統(tǒng)優(yōu)化設計的研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 最大功率點跟蹤技術的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 主要研究內(nèi)容13-14
• 第2章 系統(tǒng)運行方案與光伏電池仿真14-21
• 2.1 引言14
• 2.2 運行方案設計14-16
• 2.2.1 啟動模式16
• 2.2.2 正常運行模式16
• 2.3 光伏電池仿真16-20
• 2.3.1 光伏電池的基本原理與特性16-17
• 2.3.2 光伏電池的仿真17-20
• 2.4 本章小結20-21
• 第3章 海上獨立光伏供電系統(tǒng)的優(yōu)化設計21-33
• 3.1 引言21
• 3.2 光伏電板輸出電能的計算21-30
• 3.2.1 水平面在分段時間內(nèi)接收到的有效輻照度23-26
• 3.2.2 海上光伏電板接收到的有效輻照度26-29
• 3.2.3 光伏電板輸出的電能29-30
• 3.3 超級電容的規(guī)模設計30-31
• 3.4 光伏組件的規(guī)模設計31
• 3.5 本章小結31-33
• 第4章 海上最大功率點跟蹤技術的研究與仿真33-48
• 4.1 引言33
• 4.2 最大功率點跟蹤技術的原理與仿真33-41
• 4.2.1 基本原理33-34
• 4.2.2 幾種常見的MPPT控制策略34-35
• 4.2.3 容性負載的擾動觀測法仿真與分析35-41
• 4.3 海上MPPT策略與仿真41-47
• 4.3.1 改進的短路電流比例系數(shù)法41-45
• 4.3.2 仿真與比較45-47
• 4.4 本章小結47-48
• 第5章 硬件電路的設計與實現(xiàn)48-60
• 5.1 引言48
• 5.2 硬件電路設計48-51
• 5.2.1 主電路設計48-49
• 5.2.2 檢測與控制電路設計49-50
• 5.2.3 驅(qū)動電路設計50-51
• 5.3 實驗與分析51-59
• 5.3.1 占空比擾動觀測法實驗51-54
• 5.3.2 閉環(huán)短路電流比例系數(shù)法實驗54-59
• 5.4 本章小結59-60
• 結論60-61
• 參考文獻61-66
• 致謝66

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