MPPT型光伏控制器的研究

【摘要】：如何充分发挥太阳能电池的光电转换效率,成为了光伏发电系统的一个重要的研究方面。最大功率点追踪技术(Maximum Power Point Tracking, MPPT)是光伏发电系统中公认的提高太阳能电池光电转换效率的一种有效手段。本文通过对MPPT控制算法的研究,设计了一款基于ATMEL公司的MCU的光伏控制器。论文的主要工作如下：1、对太阳能电池的基本工作原理进行阐述,并介绍了光伏电池板的数学模型。通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建仿真模型,并对不同的光照、温度条件下光伏电池板的输出特性进行了对比分析。2、介绍了MPPT算法的原理,分析几种主流的MPPT控制算法,比较不同算法的优点和不足之后,引出了本文设计的控制器中所采用的三点重心比较法,并对算法进行改进,得到改进型的三点重心比较法。3、设计了MPPT光伏控制器的硬件并编制了软件程序。硬件电路使用BUCK电路作为主电路,采用Atmel公司Xmage系列单片机作为主控芯片,负责对光伏电池的电压、电流数据进行采样和处理。软件方面,采用改进型三点重心比较法实现对太阳能电池板最大功率点的快速高效的追踪。4、搭建离网光伏控制系统实验平台,在不同环境条件下,验证本文中所采用方法的有效性,结果表明该MPPT算法能够有效的克服震荡,同时兼顾了速度和精度的要求,能准确地追踪最大功率点,提高了太阳能电池的转换效率。 【关键词】：MPPT 光伏控制器 三点重心比较法 BUCK电路
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 国内外光伏发电产业发展现状11-13
• 1.1.1 国外光伏发电产业发展现状11-13
• 1.1.2 国内光伏发电产业发展现状13
• 1.2 最大功率点跟踪技术控制系统13-15
• 1.3 课程研究的主要内容15-17
• 第二章 太阳能光伏电池模型17-27
• 2.1 晶体硅太阳能电池的工作原理17-19
• 2.1.1 光生伏特效应17-18
• 2.1.2 太阳能电池基本工作原理18-19
• 2.2 太阳能电池的模型19-21
• 2.2.1 太阳能电池的数学模型19-20
• 2.2.2 太阳能电池板的工程数学模型20-21
• 2.3 基于MATLAB/Simulink太阳能电池仿真建模与分析21-27
• 2.3.1 太阳能电池仿真建模21-22
• 2.3.2 太阳能电池输出特性分析22-27
• 第三章 最大功率点跟踪算法的研究27-40
• 3.1 最大功率点跟踪的工作原理27-28
• 3.2 基于采样数据的直接控制法28-34
• 3.2.1 恒电压控制法28-29
• 3.2.2 扰动观测法29-32
• 3.2.3 电导增量法32-34
• 3.3 基于人工智能的控制法34-37
• 3.3.1 粒子群算法34-36
• 3.3.2 蚁群算法36-37
• 3.4 基于变步长的三点重心比较法37-40
• 3.4.1 三点重心比较法37-38
• 3.4.2 变步长的三点重心比较法38-40
• 第四章 光伏控制器设计40-54
• 4.1 光伏MPPT控制器总体设计40
• 4.2 光伏控制器硬件设计40-51
• 4.2.1 DC/DC拓扑结构分析40-42
• 4.2.2 buck变换器的参数选择42-44
• 4.2.3 控制电路的设计44-47
• 4.2.4 采样电路的设计47-49
• 4.2.5 驱动电路设计49-51
• 4.3 光伏控制器软件设计51-54
• 4.3.1 系统主程序设计51-52
• 4.3.2 采样滤波程序52-54
• 第五章 仿真与实验54-65
• 5.1 MPPT控制策略的建模仿真54-56
• 5.1.1 基于三点重心比较法的MATLAB/Simulink建模仿真54-55
• 5.1.2 基于改进型三点重心比较法的MATLAB/Simulink建模仿真55
• 5.1.3 仿真波形对比分析55-56
• 5.2 实验验证56-65
• 5.2.1 离网光伏控制系统实验平台简介56-58
• 5.2.2 静态实验及结果分析58-61
• 5.2.3 动态实验及结果分析61-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-70
• 致谢70

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