戶用型光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤及儲(chǔ)能裝置的研究

【摘要】：能源危機(jī)與環(huán)境污染是當(dāng)今世界面臨的兩個(gè)重大問(wèn)題，經(jīng)歷了煤、石油、天然氣等化石燃料大量開采的階段，許多國(guó)家已經(jīng)著眼于對(duì)可再生能源的研究與開發(fā)。太陽(yáng)能具有可再生性和清潔性的特點(diǎn)，取之不盡、用之不竭，在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用，表現(xiàn)形式多種多樣，已成為當(dāng)今世界新能源利用的主流發(fā)展趨勢(shì)。 本文針對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)用電困難的現(xiàn)狀，建立了一種新型戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要研究了DC-DC變換器模塊，采用單組件獨(dú)立MPPT控制方式和蓄電池3+1段充電控制策略，解決了陰影遮蔽下光伏發(fā)電效率低和蓄電池使用壽命短的問(wèn)題，使其更適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電。主要研究?jī)?nèi)容如下： 介紹了光伏電池的工作原理，在光伏電池等效電路模型的基礎(chǔ)上，對(duì)光伏組件進(jìn)行了仿真建模，得到的輸出特性曲線與實(shí)際曲線相吻合，闡述了影響最大功率點(diǎn)的因素和最大功率跟蹤控制算法的實(shí)質(zhì)，仿真比較了三種MPPT控制算法，結(jié)果表明占空比擾動(dòng)法可以更快速的跟蹤到最大功率點(diǎn)，提出了目前MPPT技術(shù)存在的問(wèn)題，明確本課題的主要研究?jī)?nèi)容。 分析了陰影對(duì)串聯(lián)光伏組件、并聯(lián)光伏組件和集中式光伏陣列輸出特性的影響，并在陰影下對(duì)集中式光伏陣列的輸出特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，陰影會(huì)引起功率電壓曲線出現(xiàn)多個(gè)極值點(diǎn)，輸出功率下降，且串聯(lián)組件個(gè)數(shù)越多造成的失配損耗越大，光伏陣列的結(jié)構(gòu)與陰影情況都會(huì)引起輸出特性發(fā)生變化，導(dǎo)致發(fā)電效率降低。 介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的四種結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了每個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)戶用型光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，建立了一種新型戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用單組件獨(dú)立MPPT控制方式，解決了光伏陣列受陰影影響輸出功率下降的問(wèn)題。 設(shè)計(jì)了以STM32F100C8T6為控制核心的硬件電路，主要包括MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、采樣調(diào)理電路、供電電源模塊、蓄電池防反接電路，并對(duì)電路進(jìn)行了調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電路工作穩(wěn)定可靠，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)電路要求，規(guī)劃了軟件的整體框架，以RealView MDK為軟件開發(fā)平臺(tái)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，對(duì)定時(shí)器中斷服務(wù)程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、軟件濾波子程序、最大功率跟蹤控制算法子程序和蓄電池充電管理控制子程序進(jìn)行了編寫，在設(shè)計(jì)的硬件電路上進(jìn)行了調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明，所編寫的軟件程序合理可行，且運(yùn)行穩(wěn)定，能夠完成要求的功能。 搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)最大功率跟蹤和蓄電池充電管理功能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的硬件電路和編寫的軟件程序合理可行，可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 【關(guān)鍵詞】：陰影遮蔽 最大功率跟蹤 戶用型光伏發(fā)電系統(tǒng) STM32 蓄電池
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題的研究背景及意義11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r13-14
• 1.2.1 國(guó)外光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r13-14
• 1.3 最大功率跟蹤技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 無(wú)陰影遮蔽的最大功率跟蹤技術(shù)研究現(xiàn)狀15
• 1.3.2 有陰影遮蔽的最大功率跟蹤技術(shù)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 蓄電池充電管理的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排17-19
• 第二章 光伏電池模型及 MPPT 技術(shù)19-35
• 2.1 光伏電池的工作原理19-20
• 2.2 光伏電池電路模型及工作特性20-21
• 2.2.1 光伏電池的等效電路模型20-21
• 2.2.2 光伏電池的工作特性21
• 2.3 光伏組件的仿真模型及輸出特性21-23
• 2.4 最大功率跟蹤（MPPT）技術(shù)23-26
• 2.4.1 最大功率點(diǎn)受外界影響23-25
• 2.4.2 最大功率跟蹤的原理25-26
• 2.5 幾種最大功率跟蹤控制算法的比較26-30
• 2.6 最大功率跟蹤控制算法仿真曲線的比較30-32
• 2.7 MPPT 技術(shù)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題32-33
• 2.8 本章小結(jié)33-35
• 第三章 陰影遮蔽對(duì)光伏陣列輸出的影響35-47
• 3.1 光伏陣列存在陰影遮蔽問(wèn)題35-36
• 3.2 陰影遮蔽造成失配損耗36-38
• 3.2.1 失配損耗的產(chǎn)生原因36-37
• 3.2.2 目前解決失配損耗的辦法37-38
• 3.3 陰影遮蔽對(duì)光伏陣列輸出的影響38-45
• 3.3.1 陰影下串聯(lián)光伏組件輸出特性的分析38-40
• 3.3.2 陰影下并聯(lián)光伏組件輸出特性的分析40-42
• 3.3.3 陰影下集中式光伏陣列輸出特性的分析42-45
• 3.4 陰影遮蔽下集中式光伏陣列輸出特性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 新型戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模47-55
• 4.1 戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成與分類47-50
• 4.1.1 戶用型光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成47
• 4.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類47-50
• 4.2 戶用型光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求50
• 4.3 新型戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模50-53
• 4.3.1 發(fā)電系統(tǒng)51
• 4.3.2 輸出系統(tǒng)51-52
• 4.3.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)52
• 4.3.4 保護(hù)系統(tǒng)52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 第五章 實(shí)驗(yàn)電路的硬件設(shè)計(jì)55-67
• 5.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖55-56
• 5.2 硬件電路設(shè)計(jì)56-63
• 5.2.1 控制芯片 STM32F100C8T6 的簡(jiǎn)介56-57
• 5.2.2 功率開關(guān)管的選擇57-58
• 5.2.3 BOOST 電路中元件的選取58-59
• 5.2.4 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)59-60
• 5.2.5 采樣調(diào)理電路的設(shè)計(jì)60-61
• 5.2.6 供電電源模塊的設(shè)計(jì)61-62
• 5.2.7 蓄電池防反接電路的設(shè)計(jì)62-63
• 5.3 合理設(shè)計(jì) PCB 板63-65
• 5.4 本章小結(jié)65-67
• 第六章 實(shí)驗(yàn)電路的軟件設(shè)計(jì)67-75
• 6.1 軟件編譯環(huán)境67
• 6.2 軟件的總體設(shè)計(jì)67-68
• 6.3 主程序設(shè)計(jì)68
• 6.4 子程序設(shè)計(jì)68-74
• 6.4.1 定時(shí)器中斷服務(wù)子程序68-69
• 6.4.2 A/D 轉(zhuǎn)換子程序69-70
• 6.4.3 軟件濾波子程序70-71
• 6.4.4 最大功率跟蹤控制算法子程序71-72
• 6.4.5 蓄電池充電管理控制子程序72-74
• 6.5 本章小結(jié)74-75
• 第七章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析75-87
• 7.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建75-76
• 7.2 BOOST 電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果76-82
• 7.3 蓄電池充電管理電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果82-86
• 7.4 本章小結(jié)86-87
• 第八章 總結(jié)與展望87-89
• 8.1 研究總結(jié)87-88
• 8.2 工作展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 致謝93-95
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果95

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數(shù)倍聚光跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)解決太陽(yáng)能高成本難題    申淳

晶澳公司捐贈(zèng)光伏發(fā)電系統(tǒng)    特約記者 牛獻(xiàn)力　通訊員 王麗英

美研制新式太陽(yáng)能熱光伏發(fā)電系統(tǒng)    記者 劉霞

廣東最大戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)亮相    本報(bào)記者　 戈曉芳 見習(xí)記者 于洋

我市首座太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)正式并網(wǎng)發(fā)電    記者 王瑩　特約通訊員 劉孟君

我省光伏產(chǎn)業(yè)又添高科技“新丁”    記者 星子

依托自然優(yōu)勢(shì)發(fā)展新疆光伏產(chǎn)業(yè)    蘇國(guó)平　新疆經(jīng)信委副主任

光伏發(fā)電系統(tǒng)效率提高理論方法及關(guān)鍵技術(shù)研究    朱艷偉

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制和孤島故障檢測(cè)    吳志鵬

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基于雙頻變換器的單相光伏發(fā)電系統(tǒng)研究    方堃

單相光伏發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)控制策略的研究    宋濤松

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究    孔娟