光伏發(fā)電系統(tǒng)及其最大功率跟蹤控制的研究

【摘要】：太陽(yáng)能是一種綠色可再生能源，具有無(wú)污染、無(wú)噪音、無(wú)需生產(chǎn)原料等優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)能的應(yīng)用已經(jīng)成為新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。光伏發(fā)電是人類利用太陽(yáng)能的一種最主要的方式，進(jìn)入二十一世紀(jì)后，光伏產(chǎn)業(yè)在世界各國(guó)都得到了迅猛發(fā)展。然而，目前太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本仍然比較高、轉(zhuǎn)換效率較低，為了更有效的利用太陽(yáng)能，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，采用最大功率跟蹤技術(shù)就尤為必要。 光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能。太陽(yáng)能電池輸出特性受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響，具有明顯的非線性特征。當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，其工作電壓和輸出功率會(huì)發(fā)生變化，因此，利用最大功率跟蹤控制技術(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)整太陽(yáng)能電池工作點(diǎn)，使其始終工作在最大功率點(diǎn)附近，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)效率。 本文基于KNT-SPV01光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)原理、系統(tǒng)組成進(jìn)行了理論分析，同時(shí)對(duì)最大功率跟蹤控制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，完成了帶有最大功率跟蹤控制器的小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容如下： 1.研究分析太陽(yáng)能電池的主要特性參數(shù)，并在不同光照強(qiáng)度、溫度等外界條件下，實(shí)際測(cè)試得到太陽(yáng)能電池的輸出特性曲線，驗(yàn)證了太陽(yáng)能電池的輸出特性曲線受外界條件影響且具有非線性的特性，證明了進(jìn)行最大功率跟蹤控制的可行性和必要性。分析了太陽(yáng)能電池的原理，且針對(duì)SFM250W蓄電池，設(shè)計(jì)了其充放電保護(hù)電路，提高電池的使用壽命。 2.介紹了三種DC/DC轉(zhuǎn)換電路的工作原理和等效電路，比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。選擇升降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換電路作為本課題的直流轉(zhuǎn)換電路。 3.對(duì)幾種常用的最大功率跟蹤控制算法進(jìn)行比較，如恒壓跟蹤法、導(dǎo)納增量法、實(shí)際測(cè)量法、擾動(dòng)觀察法等，分析其工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)。并在擾動(dòng)觀察算法的基礎(chǔ)上，提出了“變步長(zhǎng)”擾動(dòng)觀察法改進(jìn)算法，避免最大功率點(diǎn)的“誤判”，提高跟蹤控制的速度和精度。 4.設(shè)計(jì)了一套小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制作了最大功率點(diǎn)跟蹤控制器的硬件電路，實(shí)現(xiàn)跟蹤控制太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)。通過(guò)最大功率跟蹤控制實(shí)驗(yàn)，結(jié)果說(shuō)明該系統(tǒng)可以有效地提高響應(yīng)速度和跟蹤精度，提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作效率。 【關(guān)鍵詞】：鉛酸蓄電池 DC/DC轉(zhuǎn)換電路 最大功率跟蹤控制擾動(dòng)觀察法
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-15
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制發(fā)展的現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 最大功率跟蹤在電力電子技術(shù)應(yīng)用方面的研究進(jìn)展11-12
• 1.2.2 最大功率跟蹤在控制理論方面的研究進(jìn)展12-13
• 1.3 課題研究?jī)?nèi)容13
• 1.4 論文的結(jié)構(gòu)13-15
• 第2章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概述15-20
• 2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理15
• 2.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成15-17
• 2.3 具有最大功率點(diǎn)跟蹤控制功能的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)17-19
• 2.4 本章小結(jié)19-20
• 第3章 太陽(yáng)能電池輸出特性曲線的測(cè)試與研究20-29
• 3.1 太陽(yáng)能電池的主要參數(shù)20-21
• 3.2 太陽(yáng)能電池的等效電路圖21-22
• 3.3 太陽(yáng)能電池的輸出特性曲線及其主要影響因素22-24
• 3.3.1 光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池輸出特性的影響23
• 3.3.2 溫度對(duì)太陽(yáng)能電池輸出特性的影響23-24
• 3.4 太陽(yáng)能電池輸出特性測(cè)試24-28
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)儀器24
• 3.4.2 輸出特性的測(cè)試24-27
• 3.4.3 測(cè)試結(jié)果分析27-28
• 3.5 本章小結(jié)28-29
• 第4章 蓄電池的選用及其保護(hù)電路設(shè)計(jì)29-37
• 4.1 蓄電池的主要特性參數(shù)29-30
• 4.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池的選用30-31
• 4.3 鉛酸蓄電池的充放電特性31-34
• 4.3.1 充電時(shí)鉛酸蓄電池端電壓的變化情況31-32
• 4.3.2 放電時(shí)鉛酸蓄電池端電壓的變化情況32-34
• 4.4 蓄電池充放電保護(hù)電路的設(shè)計(jì)34-36
• 4.4.1 蓄電池的使用環(huán)境34-35
• 4.4.2 蓄電池充放電保護(hù)電路的設(shè)計(jì)35-36
• 4.5 本章小結(jié)36-37
• 第5章 最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法的研究和控制器設(shè)計(jì)37-62
• 5.1 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路37-41
• 5.1.1 升壓式 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路38-39
• 5.1.2 降壓式 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路39-40
• 5.1.3 升降壓式 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路40-41
• 5.2 常用最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法的比較41-46
• 5.2.1 恒壓跟蹤法41-42
• 5.2.2 實(shí)際測(cè)量法42-43
• 5.2.3 導(dǎo)納增量法43-44
• 5.2.4 擾動(dòng)觀察法44-45
• 5.2.5 常用最大功率跟蹤控制方法的比較45-46
• 5.3 擾動(dòng)觀察法改進(jìn)算法46-48
• 5.4 最大功率點(diǎn)跟蹤控制器電路設(shè)計(jì)48-51
• 5.4.1 MPPT 控制器主電路48-49
• 5.4.2 電壓檢測(cè)電路49
• 5.4.3 開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路49-50
• 5.4.4 電源穩(wěn)壓變換電路50-51
• 5.4.5 顯示輸出電路51
• 5.5 MPPT 仿真實(shí)現(xiàn)及波形分析51-53
• 5.6 MPPT 控制方法的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試結(jié)果53-61
• 5.6.1 MPPT 算法的軟件設(shè)計(jì)53-55
• 5.6.2 系統(tǒng)硬件裝置55-56
• 5.6.3 系統(tǒng)各單元電路的測(cè)試與分析56-59
• 5.6.4 MPPT 實(shí)驗(yàn)波形及分析59-61
• 5.7 本章小結(jié)61-62
• 第6章 總結(jié)與展望62-64
• 6.1 本文結(jié)論62-63
• 6.2 論文存在的問(wèn)題和進(jìn)一步的工作63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 致謝67-68
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果68

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