基于MPPT控制器的光伏系统设计研究

【摘要】：光伏发电技术由于可将无污染、可再生的太阳能转换为方便存储的电能,因此在全球能源紧张和环境污染严重的今天,日益受到人们的关注和重视。然而,光伏发电一直面临着转换效率低的问题,因此对光伏发电的一个主要研究方向就是如何提高光伏电池的利用效率。最大功率跟踪(MPPT:Maximum Power Point Tracking)技术是目前公认的提高光伏电池效率的有效手段。本文对硬件电路和软件进行了改进和优化,设计实现了一种基于MPPT控制器的光伏发电系统。论文主要研究工作和成果包括以下方面:首先,从光伏电池的工作原理入手,对光伏电池的数学模型和输出特性进行了研究。利用在Matlab/Simulink平台上搭建的光伏电池的仿真模型,分析外界环境对光伏电池的影响。同时构建了扰动观测法、增量电导法以及Buck转换电路的仿真模型,并进行仿真分析。仿真结果显示增量电导法的跟踪效果优于扰动观测法,提高了光伏电池的输出功率。其次,在基于MPPT控制器的光伏系统硬件电路设计中,采用Buck电路作为主电路,用MOSFET代替了传统Buck电路中的续流二极管,在减少能耗的同时也解决了二极管散热的问题。电路中利用AVR单片机对太阳能电池输出电压和电流数据进行采集和处理。软件方面,采用增量电导法结合定电压启动的方法实现快速高效的最大功率跟踪。最后,构建了基于MPPT控制器的光伏系统,对设计的MPPT控制器硬件和软件进行了综合调试和实验。实验结果显示,MPPT控制器对蓄电池充电正常。与普通充电控制器相比,MPPT控制器能将光伏电池的输出功率最高提高6.88%。 【关键词】：光伏控制器 MPPT 光伏发电 Buck电路 增量电导法
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 研究现状11-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 1.3.1 研究内容13
• 1.3.2 论文结构13-15
• 第二章 基于MPPT控制器的光伏系统建模与仿真15-35
• 2.1 光伏电池原理及等效电路15-18
• 2.1.1 光伏电池的工作原理15-16
• 2.1.2 光伏电池的等效电路16-18
• 2.2 光伏电池的仿真模型和特性曲线18-22
• 2.2.1 光伏电池的仿真模型18-19
• 2.2.2 光伏电池的仿真特性曲线19-22
• 2.3 光伏系统MPPT控制器的建模与仿真22-32
• 2.3.1 光伏发电系统的基本组成22-24
• 2.3.2 MPPT算法24-29
• 2.3.3 Buck斩波电路模型的搭建29-30
• 2.3.4 MPPT算法建模30-31
• 2.3.5 PWM模块31
• 2.3.6 光伏系统整体仿真模型31-32
• 2.4 仿真结果与分析32-34
• 2.4.1 扰动观测法仿真结果32
• 2.4.2 增量电导法仿真结果32-33
• 2.4.3 仿真结果比较与分析33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 基于MPPT控制器的光伏系统硬件与软件设计35-49
• 3.1 充电系统总体设计方案35-36
• 3.2 转换电路硬件设计36-38
• 3.3 控制电路设计38-45
• 3.3.1 控制芯片38-39
• 3.3.2 驱动电路39-40
• 3.3.3 采集电路40-42
• 3.3.4 充放电控制电路42-43
• 3.3.5 按键、显示电路43-44
• 3.3.6 电源电路44-45
• 3.4 系统软件设计45-47
• 3.4.1 光伏系统总体软件设计45-46
• 3.4.2 MPPT算法软件设计46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 实验结果与分析49-53
• 4.1 PCB板的设计49
• 4.2 光伏充电系统实验电路及实物图49-50
• 4.3 蓄电池充电测试50-52
• 4.4 最大功率跟踪效果测试52-53
• 结论53-55
• 参考文献55-58
• 攻读学位期间取得的研究成果58-59
• 致谢59

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