光伏发电系统效率提升的研究

【摘要】：在现代社会的前进道路上，愈来愈多的能源被消耗，导致其越来越缺乏。为了解决这个问题，许多研究者们开始研究可以作为理想能源的太阳能的应用，光伏发电就是其中一项重要研究内容。在这个大环境下，光伏发电的很多相关技术获得了大力发展的空间。在发展的同时，光伏发电技术的弊端渐渐显现出来，最主要的问题就是效率低、成本高。为了更好地将光伏技术普遍化，我们就要对其效率进行研究，这样光伏系统就可以有较高的效率，从而在生活中得到广泛的应用。 光伏系统的发电效率与最大功率点跟踪（MPPT）息息相关，因此为了提升光伏系统效率，本文研究使用一种改进后的MPPT算法——基于功率预测的自适应步长增导变量法，这种算法结合了功率算法和自适应增量电导法，仿真结果表明：在环境条件变化比较大的条件下，使用这种算法后输出的电压比较稳定。同时还说明了使用的控制策略是PI+重复控制的复合控制。 本文是在一个单相全桥光伏逆变器的基础上来对研究光伏系统的效率进行研究。该逆变器主要由Boost电路、全桥逆变电路以及以DSP为核心的控制电路构成，对这几部分的硬件进行了说明。在软件设计部分，主要采用分块的模式进行设计，将整个设计分成了采样模块、SPWM模块、MPPT控制模块、稳压模块，其中MPPT控制模块采用的算法是基于功率预测的自适应步长增导变量法，稳压模块采用的算法是PI与重复控制结合后的复合控制。在最后的调试中，将硬件与软件设计相结合，并且使用示波器来显示输出波形，实验结果验证了改进的MPPT控制算法以及稳压算法对提高光伏系统效率的可行性。 【关键词】：光伏阵列 MPPT控制 DSP 逆变器 控制策略
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究的意义及其背景10-12
• 1.2 国内外光伏发电的整体状况12-14
• 1.2.1 国外光伏发电的状况12-14
• 1.2.2 国内光伏发电的状况14
• 1.3 目前存在的问题14-16
• 1.4 章节安排16-18
• 2 光伏阵列的最大功率点跟踪18-37
• 2.1 光伏发电系统的原理及基本的结构组成18-19
• 2.2 光伏电池19-24
• 2.2.1 光伏电池工作原理20-21
• 2.2.2 光伏电池的物理模型21-22
• 2.2.3 局部阴影条件下光伏阵列的数学模型22-24
• 2.3 光伏电池仿真模型24-27
• 2.3.1 工程应用仿真模型24-25
• 2.3.2 局部阴影条件下的光伏阵列仿真模型25-27
• 2.4 光伏电池最大功率点跟踪的经典方法27-31
• 2.4.1 恒电压控制法27-28
• 2.4.2 开路电压法28-29
• 2.4.3 增量电导法29-30
• 2.4.4 扰动观测法30-31
• 2.4.5 功率预测法31
• 2.5 智能控制方法 MPPT31-34
• 2.5.1 基于模糊控制的 MPPT32-33
• 2.5.2 基于人工神经网络的 MPPT33-34
• 2.6 改进的 MPPT 控制方法34-37
• 2.6.1 自适应步长增量电导法34-35
• 2.6.2 基于功率预测的自适应步长增量电导法35
• 2.6.3 仿真验证35-37
• 3 系统的硬件平台37-53
• 3.1 逆变器的基本结构37-38
• 3.2 前级 DC/DC 电路38-42
• 3.2.1 对升压电路的分析38-39
• 3.2.2 Boost 电路的硬件39-42
• 3.3 后级 DC/AC 电路42-44
• 3.3.1 全桥逆变电路42
• 3.3.2 主电路42-44
• 3.4 调制方式的分析44-45
• 3.5 以 DSP 为核心的控制电路45-49
• 3.5.1 DSP 的选型45
• 3.5.2 辅助电源45-47
• 3.5.3 采样电路47-49
• 3.5.4 复位电路49
• 3.6 控制策略的分析49-53
• 3.6.1 PI 控制49-50
• 3.6.2 重复控制50-51
• 3.6.3 PI+重复控制51-53
• 4 软件设计53-67
• 4.1 DSP 开发环境53-55
• 4.1.1 CCS3.3 的安装53-54
• 4.1.2 仿真器驱动的安装54-55
• 4.2 软件体系结构55-56
• 4.3 主程序设计56-57
• 4.4 各模块的子程序57-67
• 4.4.1 采样模块57-59
• 4.4.2 SPWM 模块59-61
• 4.4.3 MPPT 控制模块61-64
• 4.4.4 稳压模块64-67
• 5 算法验证与分析67-71
• 5.1 硬件平台展示67
• 5.2 实验结果及其分析67-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 致谢77-78

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