太阳能光伏发电系统控制器的研制

【摘要】：随着煤炭、石油和天然气的日益消耗,能源危机已经成为制约当今社会发展的一个主要问题。太阳能作为一种新能源,其分布范围广,无污染,不产生任何废弃物,是一种理想的清洁型能源。太阳能是国际公认的理想替代能源,开发利用太阳能是解决当前能源危机的一条重要途径。 本文以光伏发电系统中的控制器作为研究对象。对光伏电池的数学模型,最大功率跟踪算法和光伏发电系统中的DC/DC电路进行了研究,并完成了控制器的硬件和软件设计。本文完成的主要工作有: 介绍了光伏电池的数学模型及其相关参数,并在MATLAB/Simulink中进行了仿真。分析了光照强度和环境温度对光伏电池的影响,得到不同条件下光伏电池的输出特性曲线。 研究了几种常用的光伏电池最大功率点跟踪算法,在扰动观察法的基础上提出了一种改进型的扰动观察法。该算法引入了步长自动调节因子,使扰动步长能够根据环境的变化自动调整,在达到最大功率点后能够快速地稳定下来。该算法简单且易于实现,并且对传感器精度要求不高,降低了光伏发电系统成本。 介绍了光伏发电系统中几种常用DC/DC变换电路,给出了电路中各个参数的关系。在MATLAB中对以上几种转换电路进行了仿真,并根据仿真的结果选定Boost变换电路用于光伏电池方阵的最大功率点跟踪,Buck变换电路用于蓄电池的充电管理。 完成了光伏发电系统控制器的硬件和软件设计。控制器实现了对光伏电池方阵的最大功率点跟踪和蓄电池的充放电管理等功能。采用Boost电路完成了光伏电池方阵的最大功率跟踪算法,提高了光伏发电系统的发电效率。 【关键词】：控制器 光伏电池组件 最大功率点跟踪 扰动观察法 直流变换电路
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题意义及背景8-9
• 1.2 国内外光伏发电技术的发展9-11
• 1.3 光伏发电系统的组成11-12
• 1.4 光伏发电技术面临的问题12-13
• 1.5 论文的主要内容13-14
• 2 光伏电池输出特性及其仿真模型14-26
• 2.1 光伏电池的原理和分类14-15
• 2.2 光伏电池的输出特性15-21
• 2.3 光伏电池的仿真模型的建立21-25
• 2.4 小结25-26
• 3 MPPT 算法的设计26-40
• 3.1 太阳能光伏发电系统常用MPPT 算法27-37
• 3.1.1 恒电压控制算法27-28
• 3.1.2 扰动观察法28-29
• 3.1.3 增量电导法29-31
• 3.1.4 模糊控制算法31-33
• 3.1.5 最大功率跟踪模糊控制器的设计33-37
• 3.1.6 模糊控制算法仿真37
• 3.2 改进型扰动观察法37-39
• 3.3 小结39-40
• 4 光伏发电系统中的DC/DC 变换电路40-52
• 4.1 Buck 型DC/DC 变换电路40-44
• 4.2 Boost 型DC/DC 变换电路44-47
• 4.3 Cuk 型电路47-49
• 4.4 DC/DC 变换电路仿真49-51
• 4.5 小结51-52
• 5 光伏发电系统控制器的设计52-65
• 5.1 光伏发电系统的容量设计52
• 5.2 光伏发电系统控制器的总体方案52-53
• 5.3 MPPT 电路的硬件设计53-55
• 5.4 充电电路的硬件设计55-56
• 5.5 控制系统的硬件设计56-63
• 5.6 系统软件设计63-64
• 5.7 小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果70-71
• 致谢71-72
• 附录A 光伏发电系统控制器电路总图72-73

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