光伏电站自动跟踪系统与MPPT的研究

【摘要】：能源是人类社会和经济发展的重要物质基础，是提高人们生活水平的先决条件，而如今世界能源结构中处于主导地位的化石能源越发紧缺，能源危机已经成为一个无法回避的严重问题。与此同时，大量化石燃料的开采使用，也已经造成严重的环境问题。为了应对上述问题，世界各国纷纷采取提高能源效率和改善能源结构的措施，以实现可持续发展。其中，太阳能光伏发电以其独有优势，越来越受到世界各国的瞩目。 本文以光伏发电系统作为研究对象，旨在提升能源效率，对光伏电站中的自动跟踪系统和最大功率点跟踪技术进行了深入研究。 自动跟踪系统，是通过对太阳能光伏阵列装置的调节，使之对准太阳，从而实现单位面积吸收光强最大。本文设计的自动跟踪系统所采用控制策略，是一种将视日跟踪与图像处理机制相结合的闭环控制策略。它将有效改善跟踪系统的跟踪精度并提升应对特殊天气的能力，实现真正意义上的全天候自动化跟踪。 MPPT最大功率点跟踪，是通过某种算法程序不断追踪光伏电池最大功率点，从而保持光伏电池以最大功率进行输出的过程。本文对大量文献资料中的相关内容进行研究与总结，借助MATLAB工具建立仿真模型，通过实验数据分析对比各算法，以此寻求效率更高的方法。 在对MPPT算法研究的基础上，本文尝试将MPPT最大功率点跟踪应用到太阳能路灯控制系统之中，进一步提升太阳能路灯的节能效果。此外，对MPPT功能模块的硬件电路进行了详细设计。 最后，对本课题的研究成果进行了总结，并提出了日后有待研究与改善的内容方向。与此同时，对本文研究内容的理论与实际意义进行了阐述，对该领域未来的发展进行了展望。 【关键词】：光伏发电 自动跟踪系统 图像处理 MPPT技术 太阳能路灯
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 光伏发电的背景及其意义10-11
• 1.2 国内外现状及发展动态11-14
• 1.2.1 光伏发电的现状和发展动态11-12
• 1.2.2 自动跟踪系统的研究现状12-13
• 1.2.3 MPPT 技术的研究现状13-14
• 1.3 本课题的意义及研究内容14-15
• 第2章 光伏发电系统与光伏电池特性研究15-22
• 2.1 光伏发电系统简介15
• 2.2 光伏发电系统分类15-17
• 2.2.1 独立光伏发电系统15-16
• 2.2.2 并网光伏发电系统16
• 2.2.3 混合型光伏发电系统16-17
• 2.3 光伏发电系统框架及工作过程17-18
• 2.4 光伏特性及 MATLAB 建模仿真18-21
• 2.4.1 光伏电池的基本原理18
• 2.4.2 光伏电池的工程数学模型18-19
• 2.4.3 光伏电池的 MATLAB 建模及仿真19-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 基于图像处理机制的自动跟踪系统22-38
• 3.1 自动跟踪系统22
• 3.2 现有的自动跟踪系统控制策略简介22
• 3.2.1 视日运动轨迹跟踪22
• 3.2.2 光电式跟踪22
• 3.3 基于图像处理机制的闭环控制策略22-24
• 3.4 太阳运行轨迹的计算方法24-25
• 3.5 图像处理机制25-34
• 3.5.1 太阳光斑图像的采集25
• 3.5.2 图像去噪25-28
• 3.5.3 图像二值化28-33
• 3.5.4 对二值化图像提取边缘33
• 3.5.5 进行光斑质心精确定位并计算位置坐标33-34
• 3.6 系统硬件组成及选型34-37
• 3.6.1 硬件组成34-35
• 3.6.2 硬件选型35-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第4章 MPPT 技术研究38-53
• 4.1 最大功率点跟踪 MPPT 的实现原理38
• 4.2 MPPT 系统的框架及工作原理38-39
• 4.3 各 MPPT 算法介绍及分析对比39-44
• 4.3.1 恒定电压法40
• 4.3.2 扰动观测法40-42
• 4.3.3 电导增量法42-43
• 4.3.4 模糊控制法43
• 4.3.5 各算法的优缺点比较43-44
• 4.4 MPPT 算法的仿真实验44-52
• 4.4.1 系统仿真模型各部分之间的接线细节44
• 4.4.2 各算法的建模仿真44-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 MPPT 技术在太阳能路灯中的应用53-66
• 5.1 太阳能路灯简介53
• 5.2 太阳能路灯照明系统中引入 MPPT 的意义53-54
• 5.3 太阳能路灯照明系统的组成部件54-58
• 5.3.1 太阳电池组件55
• 5.3.2 蓄电池组55-56
• 5.3.3 控制器56-57
• 5.3.4 LED 光源57-58
• 5.3.5 路灯灯杆58
• 5.4 太阳能路灯系统的工作原理及加入 MPPT 功能的硬件实现58-65
• 5.4.1 太阳能路灯系统的工作原理58-59
• 5.4.2 MPPT 功能模块的总体设计59-60
• 5.4.3 功率电路模块设计60-63
• 5.4.4 控制电路模块设计63-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第6章 结论与展望66-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表论文71-72
• 致谢72

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