光伏系统最大功率点跟踪的设计与仿真实现

【摘要】：环顾当今世界,能源需求不断增长。工业化国家仍然消耗着大部分能源,发展中国家由于经济发展快速,人口膨胀,未来能源消耗将大幅增长。由于化石能源具有不可再生性,随着消耗、需求的不断上升,其价格急剧攀升。这些问题迫使人们改变能源结构,寻找新的替代能源。太阳能以其经济、清洁等优点倍受青睐,其开发利用技术亦得以迅速发展,而光伏发电已成为其中重要的研究领域。最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技术则是解决光伏电池转换效率最有效的途径。 本文首先介绍了光伏发电的特点及应用,阐述了最大功率点跟踪的研究背景及研究意义,指出最大功率点跟踪技术是提高光伏电池效率的有效途径。接着,分析了光伏电池的工作原理及等效电路,得出了光伏电池理论数学模型,将其转化为工程数学模型,并运用Matlab软件的Simulink功能,建立了光伏电池的工程仿真模型,仿真得到了光伏电池的输出特性曲线。然后,分析了Boost硬件电路实现MPPT的原理,结合光伏电池的工程仿真模型建立了光伏电池的MPPT仿真模型。在分析了常用最大功率点跟踪方法(恒电压法、电导增量法、扰动观察法)的优缺点之后,针对扰动观察法存在的问题进行了改进,给出了实时占空比调整算法,并将算法应用于光伏电池的MPPT仿真模型。 仿真和比较结果表明,此算法可以有效地提高光伏电池的输出功率,提高系统的动态和稳态性能。最后,本文初步设计了最大功率点跟踪的硬件电路。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 DC-DC转换电路 实时占空比调整 建模和仿真
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 全球能源危机及环境问题11-12
• 1.2 光伏发电的特点12-13
• 1.3 光伏发电的应用13-14
• 1.4 课题研究的背景及意义14-16
• 1.5 本文主要研究的内容16
• 1.6 课题来源16-17
• 第2章 光伏发电系统概述17-22
• 2.1 太阳能光伏发电系统原理17
• 2.2 太阳能光伏发电系统组成17-18
• 2.2.1 太阳能电池阵列17-18
• 2.2.2 蓄电池组18
• 2.2.3 光伏控制器18
• 2.2.4 逆变器18
• 2.3 太阳能光伏发电系统分类18-21
• 2.3.1 独立光伏发电系统19
• 2.3.2 并网光伏发电系统19-20
• 2.3.3 混合光伏发电系统20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 光伏电池及仿真22-36
• 3.1 光伏电池简介22-26
• 3.1.1 光伏电池分类22
• 3.1.2 光伏电池工作原理22-23
• 3.1.3 光伏电池特性23-25
• 3.1.4 光伏电池等效电路25-26
• 3.2 光伏电池仿真26-34
• 3.2.1 仿真平台26-27
• 3.2.2 工程数学模型推导27-29
• 3.2.3 工程仿真模型建立29-32
• 3.2.4 仿真及结果分析32-34
• 3.3 本章小结34-36
• 第4章 光伏电池最大功率点跟踪研究36-51
• 4.1 概念36
• 4.2 MPPA基本原理36-38
• 4.3 实现MPPT的方法38-44
• 4.3.1 恒定电压法38-40
• 4.3.2 增量电导法40-42
• 4.3.3 扰动观察法42-44
• 4.4 BOOST电路实现MPPT仿真44-49
• 4.4.1 BOOST升压电路44-45
• 4.4.2 BOOST电路实现MPPT原理45-48
• 4.4.3 BOOST电路实现MPPT的仿真模型48-49
• 4.4.4 BOOST电路实现MPPT的仿真及结果分析49
• 4.5 本章小结49-51
• 第5章 实时占空比调整算法及仿真51-58
• 5.1 算法介绍51-52
• 5.2 软件流程52-54
• 5.3 算法仿真54-56
• 5.4 结果分析56-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第6章 最大功率点跟踪硬件电路设计58-66
• 6.1 系统整体构成框图58-59
• 6.2 硬件电路设计59-66
• 6.2.1 DSP2812微处理器59
• 6.2.2 采样电路设计59-61
• 6.2.3 隔离电路设计61-62
• 6.2.4 保护电路设计62
• 6.2.5 驱动电路设计62-64
• 6.2.6 信号调整电路设计64-66
• 第7章 结束语66-67
• 7.1 总结66
• 7.2 展望66-67
• 参考文献67-70
• 致谢70

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