光伏發(fā)電系統(tǒng)中最大功率點(diǎn)跟蹤控制器的研究

【摘要】：隨著化石能源日益匱乏以及其帶來的環(huán)境污染方面的問題日益突出,尋求清潔可再生的新能源成為全球能源發(fā)展的主旋律。光伏產(chǎn)業(yè),尤其是光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)作為目前發(fā)展最為迅速的產(chǎn)業(yè)之一,依然保持著快速的增長勢頭并擁有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?。光伏發(fā)電系統(tǒng)盡管技術(shù)日趨成熟但仍然存在著發(fā)電效率偏低,成本較高等問題。 本文介紹了一種采用改進(jìn)的結(jié)合算法——短路電路法結(jié)合變步長擾動(dòng)觀察法的針對(duì)小型家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制器,并詳細(xì)描述了硬件與軟件設(shè)計(jì)部分,給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出改進(jìn)算法能夠快速有效的跟蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn),提高光伏系統(tǒng)的能效。 首先,本文從光伏電池的非線性特性出發(fā),通過分析光伏電池的等效電路,利用Matlab的Simulink平臺(tái)建立起光伏電池的仿真模型,通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步分析光伏電池在不同設(shè)定環(huán)境下的輸出特性。在分析了獨(dú)立小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)后,比較幾種常見的DC/DC變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),選定Boost電路來實(shí)現(xiàn)MPPT算法。 然后,論文從原理上比較了幾種常用的MPPT技術(shù),利用光伏電池的仿真模型對(duì)各種常用的MPPT技術(shù)進(jìn)行仿真研究,并設(shè)計(jì)出一種改進(jìn)的MPPT算法——短路電流法結(jié)合變步長擾動(dòng)觀察法。仿真結(jié)果表明,這種算法優(yōu)于傳統(tǒng)的單一算法,可以快速準(zhǔn)確的跟蹤到光伏陣列的最大功率點(diǎn)并顯著的減小光伏電池穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn)時(shí)的振蕩,最大限度的降低了能量損耗,提高了光伏系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。 最后,根據(jù)短路電流法結(jié)合變步長擾動(dòng)觀察法對(duì)采樣,計(jì)算方面的要求,選擇美國TI公司的TMS320F2812的DSP為主控芯片,設(shè)計(jì)制作了基于TMS320F2812的最大功率點(diǎn)跟蹤控制硬件電路。該控制電路包括主控電路、電源電路、AD采樣電路、AD校正參考電壓電路和隔離驅(qū)動(dòng)電路等。并且,在保證達(dá)到MPPT算法要求的基礎(chǔ)上,盡量降低控制系統(tǒng)的成本,以符合小型家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需要。另一方面,利用TI公司的DSP開發(fā)軟件環(huán)境CCS3.3,完成了最大功率跟蹤控制的軟件程序設(shè)計(jì),主要包括主程序設(shè)計(jì)、ADC采樣中斷程序和PWM中斷程序設(shè)計(jì)。 經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn),取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了短路電流法結(jié)合變步長擾動(dòng)觀察算法可以在外界環(huán)境突然變化的情況下快速、有效、準(zhǔn)確的跟蹤最大功率點(diǎn),減少在光伏陣列最大功率點(diǎn)附近振蕩所帶來的能量損失,提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率,相對(duì)于普通MPPT算法具有其優(yōu)越性。 【關(guān)鍵詞】：短路電流法結(jié)合變步長擾動(dòng)觀察法 太陽能最大功率跟蹤 DSP
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題背景與意義11-12
• 1.1.1 以化石能源為主的“能源時(shí)代”11
• 1.1.2 太陽能將成為“新能源時(shí)代”的主流11-12
• 1.2 光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與前景12-16
• 1.2.1 全球光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與前景12-14
• 1.2.2 中國光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與前景14-16
• 1.3 課題研究的意義與工作內(nèi)容16-17
• 1.3.1 課題研究意義16
• 1.3.2 本文工作內(nèi)容16-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 第2章 最大功率點(diǎn)跟蹤控制系統(tǒng)的建模仿真18-28
• 2.1 光伏電池的建模仿真與特性研究18-23
• 2.1.1 光生伏特效應(yīng)18-19
• 2.1.2 光伏電池的等效電路19-20
• 2.1.3 光伏電池仿真模型的建立20-22
• 2.1.4 光伏電池特性研究22-23
• 2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成23-25
• 2.3 DC/DC變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)25-26
• 2.4 Boost電路實(shí)現(xiàn)MPPT的系統(tǒng)仿真模型26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 第3章 最大功率點(diǎn)跟蹤算法的研究28-40
• 3.1 常用的MPPT方法比較28-31
• 3.2 短路電流法結(jié)合變步長擾動(dòng)觀察法31-35
• 3.3 仿真結(jié)果35-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 最大功率點(diǎn)跟蹤控制電路的設(shè)計(jì)40-48
• 4.1 主控電路設(shè)計(jì)41
• 4.2 電源電路設(shè)計(jì)41-43
• 4.3 AD采樣電路43-45
• 4.4 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路45-47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 第5章 基于DSP的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)48-56
• 5.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介48-49
• 5.2 主程序設(shè)計(jì)49-50
• 5.3 AD采樣部分50-53
• 5.3.1 ADC模塊的主要特點(diǎn)50-51
• 5.3.2 ADC采樣校正51-52
• 5.3.3 ADC采樣中斷程序設(shè)計(jì)52-53
• 5.4 PWM的生成53-55
• 5.5 本章小結(jié)55-56
• 第6章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析56-60
• 6.1 實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備56-57
• 6.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析57-59
• 6.3 本章小結(jié)59-60
• 第7章 總結(jié)與展望60-62
• 7.1 工作總結(jié)60-61
• 7.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 附錄65-71
• 致謝71-72
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文72

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