太阳能光伏系统最大功率跟踪控制策略研究

【摘要】：当今社会，无论如何讨论新能源和传统能源的利害关系都不分过。我们的世界正面临着以化石燃料为基础而支撑的能源系统所带来的一系列威胁，如资源枯竭、环境污染、生态恶化、气候变化。新能源的开发很好的缓解了这个问题，在新能源中最具有应用前景的是太阳能，其具有可持续、清洁、分布广阔等特点，必将成为未来可持续能源系统的支柱。然而在太阳能开发过程中，如何提高能量的转换效率是太阳能光伏发电系统的核心问题。最大功率跟踪（Maximum power point tracking，简称MPPT）技术的出现，行之有效的改善了能量转换效率，太阳能的利用效率得到了大幅的提高。 本文的控制对象为太阳能电池，通过对其电气特性的分析展开对MPPT技术进行研究，并对整个太阳能发电系统进行仿真，最后通过硬件进行实现。 首先，介绍太阳能光伏发电系统的整体结构，并依据太阳能光伏电池的等效电路，分析太阳能光伏电池的电气特性，使用Matlab/Simulink软件建立太阳能电池板的模型。其次分析了太阳能光伏系统，通过采取改变DC/DC电路的占空比来改变输出电压，从而实现光伏系统最大功率跟踪，设计了MPPT的硬件电路，包括BOOST主回路和以MSP430单片机为核心的控制电路。再次，对实现MPPT的控制方法进行研究和分析，简单介绍几种常用的MPPT控制方法，针对算法中存在的问题，提出了模糊PID控制方法，设计了模糊PID控制器，并对该方法进行仿真。为进一步提高转换效率，用机械方法对太阳进行自动跟踪。最后，对所做的研究工作的结果进行了分析和总结。 【关键词】：太阳能 光伏电池 MPPT BOOST电路 模糊PID控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景10-11
• 1.2 国内外关于光伏发电的发展状况11-13
• 1.2.1 国外光伏发电的历史与现状11-12
• 1.2.2 国内光伏发电历史与现状12-13
• 1.3 课题研究意义13-14
• 1.4 课题研究内容14-15
• 第二章 光伏发电系统的组成15-24
• 2.1 光伏发电系统15-22
• 2.1.1 光伏电池电气特性15-17
• 2.1.2 太阳能光伏电池的等效电路17-19
• 2.1.3 光伏电池仿真模型19-22
• 2.2 蓄电池的原理和特性22-23
• 2.2.1 铅酸蓄电池的储能原理22-23
• 2.2.2 铅酸蓄电池的保护23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 最大功率跟踪控制系统实现24-35
• 3.1 微处理器24-25
• 3.2 DC/DC 转换电路25-31
• 3.2.1 直流斩波电路的基本原理25-27
• 3.2.2 BOOST 升压式变换电路27-29
• 3.2.3 器件选型级参数设定29-31
• 3.3 采样电路31-32
• 3.4 驱动电路32-33
• 3.5 充电电路33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 最大功率跟踪算法设计35-59
• 4.1 系统结构36
• 4.2 最大功率跟踪算法36-43
• 4.2.1 恒定电压控制法37-38
• 4.2.2 电压扰动观察法38-39
• 4.2.3 增量电导法39-42
• 4.2.4 最优梯度法42-43
• 4.3 基于模糊 PID 的 MPPT 控制43-54
• 4.3.1 模糊技术简介43-44
• 4.3.2 模糊控制原理44-45
• 4.3.3 PID 控制原理45-46
• 4.3.4 模糊 PID 控制器设计46-54
• 4.4 基于扰动观察法和模糊 PID 的光伏 MPPT 仿真54-58
• 4.4.1 基于扰动观察法的光伏 MPPT 仿真54-55
• 4.4.2 基于模糊 PID 的光伏 MPPT 仿真55
• 4.4.3 仿真波形的对比55-57
• 4.4.4 最大功率跟踪仿真结论57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 太阳能跟踪系统的实现59-66
• 5.1 视日运行轨道跟踪方法59-60
• 5.2 光电自动跟踪技术60-62
• 5.2.1 光传感元件设计60-62
• 5.2.2 光电跟踪软件实现62
• 5.3 太阳能跟踪系统实物图62-63
• 5.4 实验结果分析63-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 结论66-68
• 参考文献68-70
• 在学研究成果70-71
• 致谢71

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