基于自适应模糊控制的光伏发电MPPT的研究

【摘要】：社会经济的快速发展,带来的是日益增多的能源消耗和不断恶化的环境。这给人类社会的可持续发展带来了严峻的挑战,发展和利用新能源是解决这一挑战的最有效的途径。所以研究如何提高太阳能发电系统转换效率无疑是很有现实意义的。 本文选用无锡尚德公司的STP0950S-36型号的独立光伏电池为研究对象,以最大限度利用太阳能为最终目标,对该型号的独立光伏发电系统的最大功率点跟踪控制进行了理论和仿真研究。光伏发电系统研究的基础问题是光伏阵列输出特性,本文首先运用Matlab/Simulink建立了光伏阵列的仿真模型,解决了以往建立光伏阵列模型过程繁琐的缺点,为实现光伏系统的仿真和系统设计研究提供了基础保证。 在光伏发电系统中,最大功率点跟踪(MPPT)方法是提高系统效率的重要手段。本文在介绍光伏阵列仿真模型及其输出特性的基础上,提出了最大功率点跟踪的原理和方法,介绍了几种常见的MPPT方法,并比较了这些算法的优缺点。考虑到太阳能光伏系统往往受到外界因素所影响,很难确定系统参数,并且具有很强的非线性,因此本文提出了将自适应模糊逻辑控制技术应用于STP0950S-36型的独立光伏系统,给出了自适应模糊控制器的设计方法,并利用MATLAB/SIMUlink,模糊逻辑工具箱等工具进行仿真模拟最大功率点控制,自适应模糊控制仿真结果通过与常见的几种MPPT方法相比较,发现固常见的MPPT方法到达稳态后存在一定的波动,这就造成了能源的浪费,而自适应模糊控制MPPT方法跟踪速度很快,动态响应性能良好,到达稳态后几乎没有波动,能够稳定、高效地跟踪光伏阵列最大功率点,同时,在日照强度、环境温度等系统参数扰动的情况下,能快速寻找新的工作点,保持系统稳定。仿真结果表明将自适应模糊控制运用于最大功率点跟踪是可行的,并具有良好的动态及稳态性能。 在系统的硬件设计方面,进行了信号量的检测模块、脉宽调制的驱动模块、DSP主控制模块及DC/DC主拓扑回路模块的设计,并给出了电路的实现形式。同时对主拓扑回路的电路工作模式和电路参数进行了分析和计算；为对最大功率点跟踪过程进行保护,设计了安全控制电路,使系统运行在稳定的状态。软件设计方面,在自适应模糊算法的基础上,完成对太阳能最大输出功率跟踪控制算法的设计。 【关键词】：光伏发电 Boost电路 最大功率点跟踪 自适应模糊控制
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TP273.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 太阳能光伏发电系统及其优越性12-14
• 1.2.1 光伏发电系统的基本结构12-14
• 1.2.2 太阳能的特点14
• 1.3 国内外太阳能光伏发电系统的发展现状14-17
• 1.4 论文研究意义17
• 1.5 本文研究的主要内容17-19
• 第2章 光伏电池的特性分析及仿真19-29
• 2.1 光伏发电系统的原理19-20
• 2.2 太阳能光伏电池的电气特性20-22
• 2.2.1 光伏电池的等效电路20
• 2.2.2 光伏电池输出特性方程20-22
• 2.3 太阳能光伏电池仿真模型的建立22-27
• 2.3.1 太阳能光伏电池的SIMUlink模型22-26
• 2.3.2 光伏电池输出特性仿真分析26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 光伏发电系统最大功率点跟踪29-45
• 3.1 光伏发电系统最大功率点跟踪技术的基本原理29-31
• 3.2 恒定电压控制31-32
• 3.3 最大功率电跟踪算法32-42
• 3.3.1 扰动观察法32-36
• 3.3.2 三点比较法36-39
• 3.3.3 电导增量法39-42
• 3.4 其他最大功率点跟踪方法42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 自适应模糊控制在最大功率点跟踪系统中的应用45-63
• 4.1 自适应模糊控制器的结构与原理45-53
• 4.1.1 自适应模糊控制原理45-47
• 4.1.2 AFLC与FLC的比较47-48
• 4.1.3 自适应模糊控制策略48-50
• 4.1.4 控制规则修正50-52
• 4.1.5 自适应模糊控制器的设计流程52-53
• 4.2 最大功率点跟踪系统自适应模糊控制器的设计53-59
• 4.2.1 确定输入输出模糊子集及论域54
• 4.2.2 模糊规则的制定54-55
• 4.2.3 确定隶属度函数55-57
• 4.2.4 模糊决策表57-58
• 4.2.5 选定解模糊方法58-59
• 4.2.6 自校正环节59
• 4.3 模糊控制在光伏发电MPPT中应用的模型及仿真结果59-61
• 4.4 自适应模糊控制在MPPT系统中的仿真结果分析61-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 最大功率点跟踪系统软件设计及硬件实现63-83
• 5.1 变换电路的设计及参数计算64-69
• 5.1.1 Boost电路的构成64-66
• 5.1.2 储能电感L的选取66
• 5.1.3 滤波电容C的选取66-67
• 5.1.4 整流二极管D的选取67
• 5.1.5 IGBT器件的选择67
• 5.1.6 驱动板的选取67-68
• 5.1.7 Boost电路的实验电路68-69
• 5.2 主控电路的设计69-76
• 5.2.1 直流侧电流电压检测电路70-71
• 5.2.2 DSP及其外围电路71-76
• 5.3 控制器系统软件设计76-80
• 5.3.1 EVA定时器下溢中断模块77-78
• 5.3.2 A/D中断模块78
• 5.3.3 电流电压保护程序设计78-79
• 5.3.4 最大功率点跟踪控制程序设计79-80
• 5.4 实验平台以及实验结果的分析80-81
• 5.5 本章小结81-83
• 第6章 总结与展望83-85
• 6.1 本文总结83
• 6.2 未来工作展望83-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士期间发表的论文89-91
• 致谢91

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