基于DSP的APSO算法在光伏最大功率點(diǎn)追蹤中的應(yīng)用

【摘要】：隨著全球能源危機(jī)和大氣污染問(wèn)題日益突出，開(kāi)發(fā)利用綠色能源已經(jīng)勢(shì)在必行，其中太陽(yáng)能光伏發(fā)電是最有希望成為未來(lái)替代能源的一種發(fā)電方式。但是在光伏發(fā)電系統(tǒng)中存在光伏陣列局部遮陰或光照不均等現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重影響光伏陣列的能量轉(zhuǎn)換效率，而傳統(tǒng)的MPPT算法在此情況下便失去了作用。本文在此背景下，對(duì)光伏陣列在復(fù)雜條件下的P-V特性進(jìn)行了較為深入的研究分析，并在此基礎(chǔ)上將APSO算法應(yīng)用于光伏最大功率點(diǎn)追蹤上，該研究具有重要的意義以及一定的工程應(yīng)用價(jià)值。 首先，本文結(jié)合MPPT控制算法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)PSO算法與光伏最大功率點(diǎn)追蹤的結(jié)合過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，并闡述了APSO算法在DSP上實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。為了研究光伏陣列在復(fù)雜條件下的輸出特性，本文對(duì)光伏陣列在各種形式遮擋下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，觀察所得大量數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)了一些重要規(guī)律。再者，本文根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求給出了本系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹了硬件、軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。本文采用模塊化理念對(duì)控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使得整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)清晰，抗干擾能力強(qiáng)。在硬件電路中，采用TI公司的DSPTMS320F28027作為主控芯片，利用霍爾傳感器和信號(hào)處理電路組成采集電路，采用DC-DC電路作為系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)。DSP根據(jù)MPPT控制算法輸出PWM信號(hào)，經(jīng)光耦隔離、驅(qū)動(dòng)電路放大后驅(qū)動(dòng)DC/DC電路功率管的通與斷，進(jìn)而產(chǎn)生不斷變化動(dòng)態(tài)的調(diào)整光伏陣列的等效負(fù)載阻抗的效果，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤的目的。隨后，基于CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境，編程實(shí)現(xiàn)APSO算法，該算法主要由粒子初始化程序、粒子極值迭代程序、粒子全局最大值迭代程序、粒子群收斂決策程序、動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)程序和算法再啟動(dòng)程序等六部分組成。最后，分別對(duì)各個(gè)模塊電路及APSO算法進(jìn)行測(cè)試，并給出必要的測(cè)試結(jié)果圖。 測(cè)試結(jié)果表明，硬件、軟件算法都滿足設(shè)計(jì)要求，而且APSO算法能夠準(zhǔn)確、快速的追蹤到光伏系統(tǒng)在復(fù)雜條件下的全局最大功率點(diǎn)，這對(duì)以后光伏系統(tǒng)控制算法的進(jìn)一步研究具有很大的技術(shù)參考價(jià)值。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電系統(tǒng) 局部遮擋 APSO MPPT DSP 模塊化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：北京工商大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題的研究背景9-10
• 1.2 課題的研究現(xiàn)狀及發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容11-14
• 第2章 光伏陣列輸出特性分析14-25
• 2.1 光伏電池輸出特性分析14-15
• 2.2 光伏陣列輸出實(shí)驗(yàn)15-24
• 2.2.1 光伏陣列在無(wú)遮擋輻照度不同條件下的輸出特性16-19
• 2.2.2 光伏陣列在有遮擋條件下的輸出特性19-22
• 2.2.2.1 光伏陣列一行中有一塊電池板被遮擋下的輸出特性19-20
• 2.2.2.2 光伏陣列一行中有兩塊電池板被遮擋下的輸出特性20-21
• 2.2.2.3 光伏陣列一列中有兩塊電池板被遮擋下的輸出特性21-22
• 2.2.3 遮擋實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析22-24
• 2.3 光伏陣列輸出特性規(guī)律24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析25-39
• 3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析25-26
• 3.2 控制核心 DSP 選取26-27
• 3.3 采集環(huán)節(jié)器件選取27
• 3.4 控制環(huán)節(jié)電路選取27-28
• 3.5 控制算法設(shè)計(jì)與分析28-37
• 3.6 本章小結(jié)37-39
• 第4章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)39-53
• 4.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)39-40
• 4.2 DSP 模塊硬件設(shè)計(jì)40-42
• 4.3 信號(hào)處理模塊硬件設(shè)計(jì)42-45
• 4.3.1 有源壓控二階低通濾波器42-43
• 4.3.2 負(fù)反饋放大器43-44
• 4.3.3 電壓跟隨電路44-45
• 4.4 主體模塊設(shè)計(jì)45-52
• 4.4.1 光耦隔離電路45-46
• 4.4.2 霍爾傳感器電路46-47
• 4.4.3 集成運(yùn)放和霍爾傳感器供電電路47-49
• 4.4.3.1 升壓電路設(shè)計(jì)47-48
• 4.4.3.2 線性 LDO 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)48-49
• 4.4.4 DC-DC BOOST 電路49-50
• 4.4.5 EMI 抑制電路50-51
• 4.4.6 過(guò)流過(guò)壓保護(hù)電路51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)53-73
• 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)53-54
• 5.2 DSP ADC 采集程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)54-62
• 5.2.1 DSP ADC 初始化程序設(shè)計(jì)55-56
• 5.2.2 霍爾電壓傳感器采集數(shù)據(jù)誤差分析56-58
• 5.2.3 霍爾電流傳感器采集數(shù)據(jù)誤差分析58-61
• 5.2.4 DSP ADC 采樣處理程序設(shè)計(jì)61-62
• 5.3 APSO 算法粒子初始化程序設(shè)計(jì)62-64
• 5.4 APSO 算法迭代程序設(shè)計(jì)64-71
• 5.4.1 粒子極值點(diǎn)迭代程序設(shè)計(jì)65-66
• 5.4.2 粒子全局最優(yōu)點(diǎn)迭代程序設(shè)計(jì)66-68
• 5.4.3 動(dòng)態(tài)調(diào)整算法參數(shù)并更新粒子的位置68-69
• 5.4.4 算法再次啟動(dòng)程序設(shè)計(jì)69-71
• 5.5 過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)程序設(shè)計(jì)71-72
• 5.6 本章小結(jié)72-73
• 第6章 測(cè)試結(jié)果73-85
• 6.1 測(cè)試儀器73-75
• 6.1.1 安捷倫仿真電源73-74
• 6.1.2 選擇安捷倫仿真電源輸出方式74
• 6.1.3 創(chuàng)建多峰點(diǎn)輸出 I-V 曲線74-75
• 6.2 測(cè)試算法運(yùn)行結(jié)果75-84
• 6.2.1 利用 E4360 仿真電源顯示軟件觀察結(jié)果75-80
• 6.2.1.1 算法第一次迭代的輸出結(jié)果76-77
• 6.2.1.2 算法第二次迭代的輸出結(jié)果77-79
• 6.2.1.3 算法第三次迭代的輸出結(jié)果79-80
• 6.2.2 利用 E4360 仿真電源 AD 采集卡采集數(shù)據(jù)80-83
• 6.2.3 多次實(shí)驗(yàn)輸出結(jié)果對(duì)比83
• 6.2.4 對(duì)比改進(jìn)型擾動(dòng)觀察算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果83-84
• 6.3 本章小結(jié)84-85
• 第7章 總結(jié)與展望85-87
• 7.1 課題總結(jié)85-86
• 7.2 課題展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-89
• 附錄89-95
• 在校期間發(fā)表論文95-96
• 致謝96

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