基于MPPT的獨立光伏逆變系統(tǒng)設計

【摘要】：能源為萬業(yè)之母。隨著化石能源的日益減少，開發(fā)可再生能源勢在必行。而太陽能發(fā)電以其零污染、儲量大等優(yōu)點成為新能源研究的熱點之一。最大功率點跟蹤(Maximum power point tracking簡稱為MPPT)技術是光伏發(fā)電的關鍵技術之一，這種技術能夠最大限度地利用太陽能，從而提高了太陽能轉換率，降低了投資成本，提高了投資回收率。當太陽能電池最大限度地對蓄電池充電之后，需要將直流電轉換為家用電器所需的220V、50HZ的交流電，因此逆變電源也成為光伏發(fā)電技術研究的重要組成部分。 本文以獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，首先對光伏電池的特性進行簡要的分析，然后在MATLAB/SIMUlink中結合光伏電池的特性來建立光伏陣列的仿真模型，接著介紹了逆變電源中的SPWM控制技術的原理和分類等，為后面MPPT的算法仿真及逆變控制提供了理論基礎。 對兩種MPPT控制算法（占空比擾動法和模糊控制法）進行了研究。仿真結果顯示，模糊控制法在環(huán)境發(fā)生迅速變化時具有更好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。針對模糊控制法的不足提出了模糊神經網絡法，通過神經網絡訓練生成模糊推理系統(tǒng)，從而使光伏最大功率點跟蹤更具科學性。 本文選擇Boost電路作為MPPT系統(tǒng)的主回路，并用MATLAB仿真驗證其適用性。然后在PIC16F716中采用MPPT控制算法編程產生不同的PWM波來控制Boost電路的功率開關管的導通與關斷。論文主要設計了光伏系統(tǒng)的正弦波逆變器，采用“推挽電路+高頻升壓+全橋逆變”的設計方案，其中硬件部分分為直流升壓環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。軟件部分是在PIC16F716中采用面積等效法編程產生SPWM波來驅動場效應管，使逆變電源輸出準正弦波。最后對逆變器帶負載進行測試，由示波器觀察產生的正弦波失真度小，符合實際要求。 【關鍵詞】：太陽能 光伏發(fā)電 最大功率點跟蹤 逆變電源 模糊控制 SPWM波
【學位授予單位】：上海師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM615;TM464
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 光伏發(fā)電的研究背景10-13
• 1.1.1 世界的能源形勢10
• 1.1.2 獨立式光伏發(fā)電的優(yōu)點及發(fā)展障礙10-11
• 1.1.3 國內外光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景11-13
• 1.2 獨立式光伏發(fā)電關鍵技術的發(fā)展概況13-15
• 1.2.1 最大功率點跟蹤技術的發(fā)展13-14
• 1.2.2 光伏逆變電源技術的發(fā)展14-15
• 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)及其逆變電源技術15-25
• 2.1 光伏發(fā)電的系統(tǒng)組成15-17
• 2.2 光伏電池特性及 MATLAB 仿真模型17-22
• 2.2.1 光伏電池的基本原理17
• 2.2.2 光伏電池的數(shù)學模型和 MATLAB 建模17-22
• 2.3 逆變電源 SPWM 控制技術及其原理22-25
• 2.3.1 SPWM 控制的基本原理22-23
• 2.3.2 單極性和雙極性 SPWM 控制技術23-25
• 第三章 MPPT 算法仿真25-46
• 3.1 光伏陣列 MPPT 原理25
• 3.2 DC/DC 變換器25-29
• 3.2.1 典型的 DC/DC 電路25-28
• 3.2.2 Boost 電路設計及仿真28-29
• 3.3 MPPT 控制算法及仿真29-46
• 3.3.1 占空比擾動法31-35
• 3.3.2 模糊控制法35-40
• 3.3.3 模糊控制與神經網絡相結合40-46
• 第四章 MPPT 控制系統(tǒng)實現(xiàn)46-52
• 4.1 MPPT 系統(tǒng)結構46-47
• 4.2 控制電路47-49
• 4.2.1 單片機最小系統(tǒng)47-48
• 4.2.2 檢測電路48-49
• 4.2.3 PWM 控制輸出電路49
• 4.3 軟件設計49-52
• 4.3.1 系統(tǒng)軟件總體結構49-50
• 4.3.2 關鍵軟件程序編寫50-52
• 第五章 逆變器的控制實現(xiàn)52-72
• 5.1 系統(tǒng)結構52
• 5.2 逆變器各部分設計52-64
• 5.2.1 升壓環(huán)節(jié)52-57
• 5.2.2 逆變環(huán)節(jié)57-62
• 5.2.3 保護電路62-64
• 5.3 逆變器軟件設計64-68
• 5.3.1 面積等效法的基本原理64-65
• 5.3.2 基于 PIC16F716 的 SPWM 調制實現(xiàn)65-68
• 5.4 調試及結果分析68-72
• 第六章 結論72-74
• 6.1 結論72-73
• 6.2 展望73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻75-77
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文77

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