太阳能光伏最大功率点跟踪控制技术研究

【摘要】：随着当今世界能源危机与环境污染问题的日益严重,如何有效解决这两者之间的矛盾,实现能源的可持续发展显得愈发严峻。太阳能作为新能源结构中的重要组成部分,因其储量丰富可再生、清洁环保无污染,也不存在能源短缺的问题,已成为当前研究的热点。然而太阳能电池输出具有非线性,易受外部环境因素的影响,因此对光伏电池进行最大功率点跟踪控制的研究,提高其发电效率显得尤为重要。本文首先介绍了太阳能电池工作原理及工作特性,然后根据其等效电路,利用输出特性方程在ulinkMatlab/Sim环境下搭建了光伏电池工程用仿真模型,并根据仿真得到的输出特性曲线,对最大功率点的变化规律进行总结。接着对最大功率点跟踪的工作原理及常用算法进行介绍,在传统算法的基础上设计改进算法——模糊逻辑控制算法和自适应扰动控制算法,分别搭建算法仿真模块,仿真结果表明所提出的算法具有更好的动态和稳态特性。最后对最大功率点跟踪控制器进行设计,先对光伏发电系统中几种常用的直流变换器的工作原理进行比较分析,选用Buck-Boost型变换器作为主电路,调压范围广,并对模拟量采集模块、PWM驱动模块、液晶显示模块、远程通信模块等进行硬件设计,使用Altium Design软件绘制控制器的硬件电路,根据提出自适应扰动控制算法利用Keil编程软件编写了相应的控制程序,在上位机上使用Qt Creator软件完成了监测软件的设计,实现远程监测。本文对Matlab环境下搭建的光伏电池仿真模型和算法的设计过程进行了详细介绍,同时也详细介绍了设计的MPPT控制器的硬件电路以及相应的软件程序,设计的控制器既可就地显示光伏系统的运行状态,还可以在上位机上实现远程在线监测。 【关键词】：独立光伏系统 最大功率点跟踪 模糊控制 自适应扰动控制 MatlabQt Creator
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 光伏发电系统的发展概况与研究现状9-11
• 1.3 本文的主要工作11-13
• 第2章 光伏电池及其特性研究13-24
• 2.1 光伏电池的结构及工作原理13-16
• 2.1.1 硅材料中的电子、空穴与P-N结13-14
• 2.1.2 光伏电池工作原理14-15
• 2.1.3 光伏电池的结构和技术参数15-16
• 2.2 光伏电池的等效电路16-17
• 2.3 光伏阵列工程仿真模型建立17-21
• 2.4 光伏阵列的输出特性21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 光伏电池最大功率点跟踪控制方法24-34
• 3.1 MPPT算法原理24-25
• 3.2 定电压跟踪法25-26
• 3.3 短路电流法26-27
• 3.4 扰动观察法27-28
• 3.5 电导增量法28-29
• 3.6 最优梯度法29-31
• 3.7 模糊逻辑控制算法31-32
• 3.8 改进的扰动观察法32-33
• 3.9 本章小结33-34
• 第4章 最大功率点跟踪控制算法实现34-59
• 4.1 DC-DC变换器34-41
• 4.1.1 升压式变换器34-36
• 4.1.2 降压式变换器36-37
• 4.1.3 升降压式变换器37-39
• 4.1.4 库克变换器39-40
• 4.1.5 几种变换电路比较40-41
• 4.2 变换器参数设计41-42
• 4.3 MPPT控制方法仿真42-57
• 4.3.1 恒定电压法仿真43-45
• 4.3.2 扰动观察法仿真45-48
• 4.3.3 模糊逻辑法控制仿真48-55
• 4.3.4 自适应扰动观察法仿真55-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第5章 最大功率点跟踪控制器软硬件设计59-80
• 5.1 硬件电路设计59-68
• 5.1.1 主电路设计60-62
• 5.1.2 控制芯片62-63
• 5.1.3 电源电路63-64
• 5.1.4 电压电流采样电路64-65
• 5.1.5 驱动电路65-66
• 5.1.6 OLED显示电路66
• 5.1.7 通讯电路66-67
• 5.1.8 工作指示电路67
• 5.1.9 直流负载供电电路67-68
• 5.2 软件程序设计68-75
• 5.2.1 控制器软件流程图69-70
• 5.2.2 A/D转换程序70-71
• 5.2.3 MPPT程序71-73
• 5.2.4 显示程序73-74
• 5.2.5 通讯程序74-75
• 5.3 上位机软件75-79
• 5.3.1 Qt软件介绍75-76
• 5.3.2 编辑画面76-79
• 5.4 本章小结79-80
• 总结与展望80-82
• 总结80-81
• 展望81-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文86-87

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