小型独立光伏系统优化控制器的研究

【摘要】：能源从古至今一直是人类生活生产的重要要素之一,特别是自工业革命之后,人类对能源的消费量一直以惊人的速度在增长。如今,全世界正在共同经受着一场能源危机。一方面传统化石能源的储量在日益减少,另一方面,石油煤炭等传统能源的消耗过程带来了巨大的环境污染问题。在此背景下,人类正在积极研究利用可再生、无污染的新能源来代替传统能源。太阳能正是现阶段及今后一段时间内比较理想的一种新型能源之一。现今阶段利用太阳能来发电的研究及应用愈来愈多,尽最大的可能改善光伏系统的效率一直是人们工作的焦点与努力方向。以期最大限度改善光伏系统的效率,人们发明了最大输出功率点跟踪技术(MPPT),就是在光伏电池与用电负载或者电池之间增加一个优化控制器,经过某种特定算法的处理来时刻改变其电路等效的负载的大小,通过这种方式将光伏电池始终保持在最优工作状态。本文将小型独立光伏系统作为研究对象,改善其工作效率作为研究目的,深入剖析了最大输出功率点跟踪技术。首先,综合介绍了目前光伏系统研究及应用现状及本课题的研究意义和背景。之后研究分析了光伏电池的发电机理和其等效数学工程模型,在计算机仿真软件ulink Matlab/Sim里设计得出了其仿真系统模型,以真实产品组件特性参数为仿真依据,得到了输出电流、功率与电压等特性曲线。在以上模型的条件下重点分析研究了现阶段常用的几种主流最大输出功率点跟踪算法,包括扰动观察法、电导增量法和几种智能控制算法,改进得到了一种变步长三点采样跟踪算法,并仿真验证了此算法的有效性。设计了基于Boost型DC/DC电路的系统控制器来达到最佳功率输出状态的跟踪。最后分析并设计了采用超级电容的光伏储能模块。 【关键词】：光伏发电系统 最大功率点跟踪技术 DC/DC 变换器 超级电容
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 本课题的研究背景及意义9
• 1.2 光伏产业国内外发展现状9-11
• 1.3 最大功率点跟踪技术（ MPPT ）的发展现状11
• 1.4 本文的主要研究内容11-13
• 第二章 光伏发电系统综述13-23
• 2.1 两种常见光伏系统和其构成13-15
• 2.2 太阳能电池原理和特性分析15-22
• 2.2.1 太阳能电池的工作原理15-16
• 2.2.2 太阳能电池的简化电路及数学模型16-18
• 2.2.3 太阳能电池的仿真模型和其输出性能分析18-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 最大功率点跟踪技术研究23-37
• 3.1 最大功率点跟踪原理23-24
• 3.2 常用MPPT算法分析24-28
• 3.2.1 扰动观察法24-25
• 3.2.2 电导增量法25-27
• 3.2.3 智能控制算法27-28
• 3.3 变步长三点追踪法原理28-31
• 3.4 变步长三点追踪法仿真分析31-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 系统硬件设计37-44
• 4.1 系统控制器总体设计37
• 4.2 基于DC/DC变换器的MPPT原理37-39
• 4.3 boost变换器原理及参数设计39-41
• 4.3.1 boost变换器工作原理39-40
• 4.3.2 Boost电路参数的计算40-41
• 4.4 硬件电路设计41-43
• 4.4.1 微处理器41
• 4.4.2 电压采样电路41-42
• 4.4.3 电流采样电路42
• 4.4.4 驱动电路42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 储能模块分析与设计44-51
• 5.1 储能系统概述44-45
• 5.1.1 蓄电池储能44
• 5.1.2 锂电池储能44-45
• 5.2 超级电容储能系统45-47
• 5.3 超级电容充放电电路47-50
• 5.3.1 双象限可逆DC/DC变换器分析47-49
• 5.3.2 系统充放电工作过程49-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第六章 总结与展望51-53
• 6.1 总结51
• 6.2 展望51-53
• 参考文献53-56
• 发表论文和科研情况说明56-57
• 致谢57-58

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