一種新型的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的研究

【摘要】：隨著世界能源緊缺問題的日益嚴(yán)峻,太陽能作為國(guó)際公認(rèn)的理想替代能源得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是太陽能發(fā)電系統(tǒng)普遍存在著太陽能光線吸收效率低、同等外界條件下光伏電池發(fā)電效率不能達(dá)到最大等問題,造成了太陽能資源以及太陽能發(fā)電設(shè)備的浪費(fèi)。本文從上述的兩個(gè)問題出發(fā),提出了一種新型的太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng),從提高太陽光線的接收效率和光伏電池的輸出功率兩個(gè)方面來改善太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作效率。 本文從太陽的對(duì)地運(yùn)行規(guī)律出發(fā),根據(jù)太陽光線的入射角度時(shí)刻變化的情況,提出了以光電檢測(cè)跟蹤方式,在俯仰-水平兩個(gè)方向同時(shí)對(duì)太陽光線進(jìn)行跟蹤,使光伏電池板保持與太陽光線保持垂直,提高了光伏電池板的太陽光線接受效率。執(zhí)行元件選擇了兩臺(tái)三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),并針對(duì)其在傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式下出現(xiàn)的低頻振蕩和噪聲等問題,提出了均勻細(xì)分恒轉(zhuǎn)矩控制方案,采用正弦波細(xì)分和電流跟蹤型脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分控制。雙軸跟蹤和步進(jìn)電機(jī)控制單元都以DSP(1) TMS320LF2407A為核心處理器,取得了良好的控制效果。 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,光伏電池陣列輸出特性具有非線性特征,而且其輸出特性受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響。本文從最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的基本原理和數(shù)學(xué)模型出發(fā),分析了提高光伏電池輸出功率的基本方法,提出了使用Cuk升降壓電路來控制光伏系統(tǒng)的工作電壓點(diǎn),采用恒電壓控制法(CVT)啟動(dòng)的變步長(zhǎng)導(dǎo)納增量法實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。系統(tǒng)以DSP(2) TMS320LF2407A為核心,完成了MPPT的相關(guān)運(yùn)算,利用PWM波控制Cuk電路的開光管導(dǎo)通與關(guān)斷,進(jìn)而控制主電路電壓。并采用MATLAB7.1進(jìn)行仿真研究,仿真結(jié)果表明當(dāng)日照環(huán)境發(fā)生變化時(shí)光伏電池的輸出功率以及系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性都得到了很大的提高,例如光伏電池被云層遮蔽的過程以及光照恢復(fù)時(shí),系統(tǒng)均快速追蹤到最大功率點(diǎn),光伏電池以最大功率輸出。 【關(guān)鍵詞】：太陽能發(fā)電 雙軸跟蹤 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 正弦波細(xì)分 最大功率點(diǎn)跟蹤
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景10-14
• 1.1.1 太陽能利用的優(yōu)點(diǎn)10
• 1.1.2 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外太陽能的利用狀況10-11
• 1.1.3 太陽能發(fā)電的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2 研究的目的和意義14-15
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容15-17
• 第2章 太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理17-25
• 2.1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)17-18
• 2.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)18
• 2.3 俯仰-水平雙軸跟蹤18-19
• 2.3.1 俯仰-水平雙軸跟蹤系統(tǒng)的建立18-19
• 2.3.2 光電檢測(cè)跟蹤方式19
• 2.3.3 雙軸跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)19
• 2.4 最大功率點(diǎn)跟蹤19-24
• 2.4.1 光伏電池工作原理、特性及等效模型20-22
• 2.4.2 MPPT 的工作原理22-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 雙軸跟蹤單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)25-42
• 3.1 俯仰-水平雙軸跟蹤單元的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-26
• 3.2 雙軸跟蹤單元的原理及實(shí)現(xiàn)方法26-30
• 3.2.1 雙軸跟蹤的機(jī)械結(jié)構(gòu)26-29
• 3.2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行脈沖數(shù)的計(jì)算29-30
• 3.3 光電檢測(cè)跟蹤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)30-33
• 3.3.1 光電檢測(cè)傳感器的原理及組成30-31
• 3.3.2 光電檢測(cè)跟蹤軟件設(shè)計(jì)31-33
• 3.4 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正弦波細(xì)分驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)33-40
• 3.4.1 正弦波細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理33-35
• 3.4.2 細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)35-38
• 3.4.3 細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第4章 最大功率點(diǎn)跟蹤的實(shí)現(xiàn)42-55
• 4.1 CVT 啟動(dòng)的變步長(zhǎng)導(dǎo)納增量法42-46
• 4.2 MPPT 的硬件設(shè)計(jì)46-51
• 4.2.1 Cuk 式變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)47-49
• 4.2.2 電流檢測(cè)電路49
• 4.2.3 電壓采樣電路49-50
• 4.2.4 驅(qū)動(dòng)電路50-51
• 4.3 MPPT 的軟件設(shè)計(jì)51-52
• 4.4 MPPT 仿真建模52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析55-62
• 5.1 步進(jìn)電機(jī)正弦波電流驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析55-57
• 5.2 MPPT 仿真結(jié)果分析57-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67-68
• 致謝68

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