光伏并网逆变器多峰最大功率跟踪的研究

【摘要】：随着全球人口的激增以及传统能源造成的环境污染,探寻绿色能源具有重要意义。太阳能因其无穷尽、无污染的优势成为了最佳绿色能源,其中光伏发电成为太阳能应用的重要发展趋势。论文以两级式单相光伏并网逆变器中最大功率跟踪系统为研究重点,分析了并网逆变器前级DC/DC变换部分、光伏电池建模方法、单峰值和多峰值情况下MPPT技术。 论文首先分析了国内外光伏发电的背景及意义,在研究光伏发电系统的基本构成以及并网逆变器基本结构的基础上,选择Boost电路作为两级式并网逆变器的前级DC/DC部分；其次,分析了光伏电池的发电原理以及输出特性,以工程应用数学模型为基础建立Matlab仿真模型,分析温度和光照条件对光伏组件输出特性的影响,重点研究了热斑效应的危害以及局部阴影对光伏阵列输出特性的影响,仿真结果显示建立的光伏阵列模型能够模拟正常光照条件以及局部阴影时输出的单峰、多峰特性；最后,分析了最大功率跟踪的基本原理以及常用的MPPT方法,重点对扰动观察法和电导增量法进行了仿真分析,并对跟踪方法的两个关键参数(采样周期和扰动步长)进行了理论分析；针对光伏阵列局部阴影时输出特性出现多峰特性,提出了一种基于变步长电导增量法的改进型全局扫描法,并进行了仿真验证。 以理论分析、参数计算及仿真验证为基础设计并制作主功率电路、控制电路等硬件部分,以DSP为主控芯片实现软件部分,并详述了硬件、软件设计方案,给出了相关实验结果。 【关键词】：最大功率跟踪 局部阴影 光伏阵列 光伏并网逆变器
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 光伏发电的背景及意义9-10
• 1.2 户用型光伏并网在国内外的发展现状10-13
• 1.2.1 国外发展现状10-11
• 1.2.2 国内发展现状11-12
• 1.2.3 光伏逆变器的发展现状12-13
• 1.3 课题的研究背景及意义13-18
• 1.3.1 多峰最大功率点跟踪研究的必要性13-15
• 1.3.2 多峰最大功率点跟踪算法的研究近况15-18
• 1.4 论文主要研究内容18-20
• 2 最大功率跟踪系统整体研究与设计20-28
• 2.1 光伏发电系统的基本构成20-21
• 2.2 光伏并网逆变器的结构分析21-22
• 2.3 最大功率跟踪系统的整体分析22-27
• 2.3.1 DC/DC变换器的分析与研究22-23
• 2.3.2 Boost电路的工作原理分析23-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 光伏电池特性分析及其建模仿真28-46
• 3.1 光伏电池的基本原理28-29
• 3.2 光伏电池的数学模型29-34
• 3.2.1 单指数模型29-30
• 3.2.2 双指数模型30-31
• 3.2.3 局部阴影条件下光伏电池模型31-32
• 3.2.4 工程应用模型32-34
• 3.3 光伏组件模型的仿真与分析34-36
• 3.4 光伏阵列局部阴影特性分析及建模36-45
• 3.4.1 错配效应分析36-40
• 3.4.2 局部阴影条件下光伏阵列特性分析40-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 最大功率跟踪技术研究46-76
• 4.1 最大功率跟踪原理分析46-49
• 4.2 传统的最大功率点跟踪技术49-69
• 4.2.1 恒定电压控制法50-51
• 4.2.2 扰动观察法51-60
• 4.2.3 电导增量法60-69
• 4.3 多峰最大功率跟踪技术69-75
• 4.3.1 局部阴影时全局扫描方法简述69-70
• 4.3.2 改进的全局最大功率跟踪方法70-73
• 4.3.3 仿真分析73-75
• 4.4 本章小结75-76
• 5 最大功率跟踪系统的软硬件设计及实现76-90
• 5.1 最大功率跟踪系统硬件电路设计76-81
• 5.1.1 Boost电路的设计与实现77-78
• 5.1.2 MOSFET驱动电路设计78-79
• 5.1.3 隔离采样电路设计79-81
• 5.1.4 AD保护电路设计81
• 5.2 最大功率跟踪关键程序设计81-83
• 5.2.1 AD采样配置82
• 5.2.2 PWM发生模块配置82-83
• 5.3 试验结果分析83-89
• 5.3.1 单峰MPPT试验84-87
• 5.3.2 多峰MPPT试验87-89
• 5.4 本章小结89-90
• 6 总结与展望90-92
• 6.1 总结90-91
• 6.2 前景与展望91-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-96

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