光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中最大功率點跟蹤算法的研究

【摘要】：隨著工業(yè)社會的飛速發(fā)展和世界人口的持續(xù)劇增，能源枯竭及環(huán)境污染問題使人們逐漸把目光投向新能源的開發(fā)應(yīng)用上來。在新能源技術(shù)中，光伏發(fā)電技術(shù)以其原料豐富、成本低廉和綠色環(huán)保等優(yōu)勢成為學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究焦點。最大功率點跟蹤環(huán)節(jié)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，此環(huán)節(jié)影響著整個系統(tǒng)的控制精度和光電轉(zhuǎn)化效率，對降低發(fā)電成本、推進光伏技術(shù)深入發(fā)展具有重大意義。本文對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的最大功率點跟蹤技術(shù)進行了深入的理論研究和實驗驗證，主要研究內(nèi)容和成果如下： (1)介紹了光伏發(fā)電技術(shù)的研究意義及發(fā)展歷程，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類和組成以及單相兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)理論進行了簡要概述，為在此系統(tǒng)中進行最大功率點跟蹤技術(shù)的研究和實現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。 (2)對光伏電池的發(fā)電理論、光伏特性以及最大功率點跟蹤技術(shù)的實質(zhì)和相關(guān)方法進行了詳細闡述，并對比分析了現(xiàn)存方法的優(yōu)缺點及適用環(huán)境。提出了基于在線短路電流法和變步長滯環(huán)比較控制法的雙模式跟蹤算法以解決傳統(tǒng)閉環(huán)控制方法在小范圍內(nèi)因干擾產(chǎn)生的誤判和在最大功率點附近的振蕩問題。 (3)在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了光伏模塊的模型和基于Boost電路的MPPT跟蹤平臺，并對光伏特性和PO法、導(dǎo)納增量法及本文提出的基于在線短路電流法和變步長滯環(huán)比較控制法的雙模式跟蹤算法進行仿真，結(jié)果驗證了本文所提方法的可行性。 (4)搭建以TMS320LF2407A處理器為控制核心的實驗平臺，并在此平臺上對傳統(tǒng)的PO法和基于在線短路電流法和變步長滯環(huán)比較控制法的雙模式跟蹤算法進行對照實驗。實驗結(jié)果表明，本文所提方法可以有效避免小范圍內(nèi)干擾產(chǎn)生的誤判和最大功率點附近的振蕩問題，具有較強的實用性。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)發(fā)電 最大功率點跟蹤 滯環(huán)比較控制 變步長
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 光伏發(fā)電的背景及其優(yōu)勢9
• 1.2 光伏發(fā)電的發(fā)展與現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 國外光伏發(fā)電的發(fā)展與現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 國內(nèi)光伏發(fā)電的發(fā)展與現(xiàn)狀10-11
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類與組成11-12
• 1.3.1 離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)的組成11-12
• 1.3.2 并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)的組成12
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容12-14
• 第二章 單相兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)理論14-22
• 2.1 單相兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成14-15
• 2.2 前級 Boost 電路的理論研究15-18
• 2.2.1 Boost 電路的升壓原理[15]15-16
• 2.2.2 Boost 電路實現(xiàn)最大功率點跟蹤的阻抗匹配原理16-17
• 2.2.3 Boost 電路中重要參數(shù)的設(shè)計17-18
• 2.3 后級并網(wǎng)逆變理論的研究18-21
• 2.3.1 逆變器工作原理[17]18-20
• 2.3.2 SPWM 技術(shù)的基本原理20
• 2.3.3 后級并網(wǎng)逆變電路對前級 Boost 電路的影響20-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第三章 光伏發(fā)電系統(tǒng)中最大功率點跟蹤技術(shù)的研究22-40
• 3.1 光伏電池的工作原理及光伏特性22-24
• 3.1.1 光伏電池的工作原理22-23
• 3.1.2 光伏電池的特性曲線23-24
• 3.2 最大功率點跟蹤的方法的介紹24-33
• 3.2.1 恒壓法(Constant Voltage Tracking, CVT)24-25
• 3.2.2 短路電流法(Short-circuit Current Tracking)25
• 3.2.3 開路電壓法(Open-circuit Voltage Tracking)25
• 3.2.4 擾動觀測法（Perturbation and Observation method，P&O）25-28
• 3.2.5 電導(dǎo)增量法28-29
• 3.2.6 模糊邏輯控制方法29-31
• 3.2.7 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制31-33
• 3.3 各類型 MPPT 控制算法的優(yōu)缺點及適應(yīng)場合33-34
• 3.4 基于在線短路電流法和變步長滯環(huán)比較控制法的的雙模式控制方法34-39
• 3.4.1 在線短路電流法34
• 3.4.2 滯環(huán)比較控制法的理論概述34-37
• 3.4.3 變步長的滯環(huán)比較控制法37
• 3.4.4 基于在線短路電流法和變步長滯環(huán)比較控制法的新型雙模式 MPPT 法37-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 光伏發(fā)電系統(tǒng) MPPT 的仿真40-50
• 4.1 仿真工具 MATLAB/Simulink 的簡介40
• 4.2 光伏電池的模型搭建及特性分析40-45
• 4.2.1 光伏陣列的仿真模型40-41
• 4.2.2 光伏電池的模型搭建41-43
• 4.2.3 光伏特性仿真系統(tǒng)及特性分析43-45
• 4.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) MPPT 算法的仿真45-49
• 4.3.1 擾動觀察法的 MPPT 算法仿真45-46
• 4.3.2 電導(dǎo)增量法的 MPPT 算法仿真46-47
• 4.3.3 基于在線短路電流法和變步長滯環(huán)比較控制法的雙模式 MPPT 算法仿真47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 硬件實現(xiàn)平臺的設(shè)計50-58
• 5.1 采樣電路的設(shè)計50-53
• 5.1.1 直流電流采樣電路的設(shè)計50-52
• 5.1.2 直流電壓采樣電路的設(shè)計52-53
• 5.2 Boost 電路的設(shè)計53-55
• 5.3 Boost 驅(qū)動電路的設(shè)計55
• 5.4 保護電路的設(shè)計55-56
• 5.5 TMS320LF2407A 處理器的概述56-57
• 5.6 本章小結(jié)57-58
• 第六章 軟件設(shè)計和實驗結(jié)果分析58-64
• 6.1 系統(tǒng)軟件的設(shè)計58-61
• 6.1.1 擾動觀察法最大功率跟蹤流程圖[56]59-60
• 6.1.2 基于在短路電流法和變步長滯環(huán)比較控制法的雙模式控制方法60-61
• 6.2 實驗平臺及結(jié)果分析61-63
• 6.2.1 實驗平臺61-62
• 6.2.2 實驗結(jié)果及分析62-63
• 6.3 本章小結(jié)63-64
• 第七章 總結(jié)與展望64-66
• 7.1 總結(jié)64
• 7.2 展望64-66
• 參考文獻66-70
• 攻讀學位期間的研究成果70-71
• 致謝71

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