太阳能光伏发电系统能效控制研究

【摘要】：太阳能光伏发电的技术和产业不仅是现在世界能源的重要供应，同时也具有很大的开发潜力，能够作为未来的主要能源来源。本文以太阳能发电系统作为研究的对象，以最大限度地利用太阳能发电的能源效率为主要目标，进行光伏发电系统的综合控制研究，其中包括最大功率跟踪控制和升压变换电路等理论与仿真研究。 太阳能光伏阵列的输出特性是光伏发电系统研究中的最基本的问题。本文在光伏阵列的输出特性方程基础上，运用Matlab/Simulink搭建了太阳能光伏阵列仿真模型，克服传统光伏阵列模型中过程复杂的缺点，更好的为实现指导理论研究、系统仿真和系统设计提供了基础保证。 最大功率点跟踪(MPPT)方法为光伏发电系统中进一步提高系统能效的重要手段。本文在模拟太阳能光伏阵列输出特性和建立仿真模型的基础上，研究最大功率点跟踪的原理和方法，并针对常见MPPT方法比较分析。建立了以Boost电路作为核心实现的独立光伏发电系统MPPT仿真模型，利用该模型中不需要精确的内部电路特性以及相关参数，可实时模拟光伏阵列及其MPPT特性的实现。在此基础上，针对原有固定步长干扰观察法所存在的问题，提出了一种改进的模糊自适应变步长干扰观察MPPT的研究方法，并对此算法利用Matlab/Simulink进行模拟仿真。仿真结果表明：这种改进的模糊自适应干扰观察MPPT的方法能够稳定、高效地跟踪太阳能光伏阵列最大功率点；同时，在环境温度、日照强度等系统参数扰动的情况下，能够快速寻找新的工作点，并保持系统稳定，表现出很好的动态特性。在实际太阳能光伏发电系统的设计中，具有重要的理论意义和实用价值。 【关键词】：太阳能 光伏阵列 MPPT MATLAB仿真 Boost Fuzzy control
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题背景8-12
• 1.1.1 能源危机及环境污染问题8-10
• 1.1.2 太阳能的开发和利用10-12
• 1.2 太阳能光伏发电产业的广阔前景12-17
• 1.2.1 国外光伏发电产业的发展12-14
• 1.2.2 我国光伏发电产业的发展14-17
• 1.3 本文主要研究的内容17-18
• 第二章 太阳能光伏发电系统概述18-30
• 2.1 太阳能光伏发电系统的组成18-19
• 2.2 太阳能光伏发电系统的分类19-24
• 2.2.1 独立供电型光伏发电系统20-21
• 2.2.2 网光伏发电系统21-22
• 2.2.3 混合型光伏发电系统22-24
• 2.3 太阳能光伏发电系统的应用24-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 太阳能光伏电池的建模与仿真30-49
• 3.1 太阳能光伏电池的原理30-31
• 3.2 太阳能光伏电池的分类31-32
• 3.2.1 单晶硅太阳能光伏电池31-32
• 3.2.2 非晶硅薄膜太阳能光伏电池32
• 3.2.3 多晶硅薄膜太阳能光伏电池32
• 3.3 太阳电池的基本特性32-40
• 3.3.1 太阳电池的短路电流32-34
• 3.3.2 太阳电池的开路电压34-35
• 3.3.3 太阳电池的输出特性35-39
• 3.3.5 太阳电池的光谱响应39
• 3.3.6 太阳电池的温度效应39
• 3.3.7 太阳电池的辐照效应39-40
• 3.4 太阳能光伏电池的建模与仿真40-47
• 3.4.1 基于数学模型的太阳能光伏电池仿真40-45
• 3.4.2 太阳能光伏电池特性仿真及结果分析45-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 最大功率点跟踪控制方法的研究49-64
• 4.1 光伏发电系统最大功率点跟踪的原理49-50
• 4.2 几种最大功率点跟踪方法的分析和比较50-52
• 4.2.1 恒电压跟踪50-51
• 4.2.2 增量电导法51-52
• 4.2.3 其它 MPPT 方法52
• 4.3 DC/DC 变换电路实现 MPPT 的原理52-63
• 4.3.1 Boost 变换电路53-55
• 4.3.2 光伏阵列 Boost 电路的仿真模型55-59
• 4.3.3 光伏阵列 MPPT 仿真模型的建立59-60
• 4.3.4 仿真结果与分析60-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 自适应占空比干扰观察法64-74
• 5.1 占空比干扰观察法64-65
• 5.2 自适应模糊控制技术设计65-68
• 5.2.1 模糊控制的 MPPT 原理65-66
• 5.2.2 模糊控制器 MATLAB 分析66-68
• 5.3 基于模糊控制原理的最大功率跟踪算法建模与仿真68-73
• 5.3.1 最大功率跟踪算法模型的确立68-72
• 5.3.2 自适应模糊改进扰动观察法仿真与结果分析72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 参考文献76-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83

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