光伏发电系统功率优化器的研究与设计

【摘要】：太阳能功率优化器是将太阳能逆变器中的最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking; MPPT)运算功能独立出来,安置于每块太阳能电池之后,使每块太阳能电池可独立进行MPPT追踪,大幅改善传统光伏阵列在阴影遮挡下导致的功率损失。光伏阵列组成形式主要是传统的集中式MPPT架构,其主要特点是结构简单,成本较低,但阵列中的光伏电池组件在阴影遮挡时容易造成电流和电压适配问题,导致系统的整体发电效率大幅降低。为解决此问题,近年来提出一种分布式光伏功率优化器的阵列架构,为解决光伏阵列串联电池间电流匹配和并联电池组串间的电压匹配问题提供了新途径,将极大地提高发电效率,因而具有较大的研究价值。 本文在传统集中式MPPT架构的基础上,研究了一种在单个光伏电池组件接入功率优化器的光伏阵列架构,本文完成的主要工作如下： (1)分析和研究了传统集中式MPPT和功率优化器对光伏阵列发电效率的影响,研究了一种在单个光伏电池组件接入功率优化器的光伏阵列架构,并通过建立两者的仿真模型,对两者发电效率进行了对比。 (2)在分析前人研究和提出的最大功率追踪算法基础上,提出了改进的扰动观察法的最大功率追踪算法；用MATLAB的Simulink仿真工具箱创建了光伏电池的仿真模型,并分别对传统扰动观察法和本文所提出的改进的扰动观察算法进行了仿真验证,实验结果表明：改进的扰动观察法改善了传统扰动观察法步长难选择的问题。 (3)用Verilog HDL语言编写模块功能代码,采用本文改进的MPPT算法,通过功能及时序仿真后,在ALTERA公司的Cyclone Ⅱ系列FPGA平台上测试通过。 【关键词】：光伏电池 功率优化器 最大功率追踪 扰动观察法 MATLAB
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-11
• 1.1 研究背景及课题来源8
• 1.2 功率优化器国内外研究现状8-9
• 1.3 功率优化器的工作原理9-10
• 1.4 论文的主要工作及结构安排10-11
• 第2章 光伏阵列架构的分析与研究11-20
• 2.1 集中式MPPT架构11-13
• 2.1.1 传统集中式MPPT架构11-12
• 2.1.2 改进型集中式MPPT架构12-13
• 2.2 分布式MPPT架构13-14
• 2.2.1 分布式MPPT技术的提出13
• 2.2.2 分布式MPPT架构13-14
• 2.3 接入功率优化器的光伏阵列架构14-15
• 2.4 接入功率优化器的光伏阵列架构与集中式MPPT架构仿真分析15-19
• 2.4.1 接入功率优化器的光伏阵列架构与集中式MPPT架构建模15-18
• 2.4.2 仿真结果分析18-19
• 2.5 本章小节19-20
• 第3章 最大功率追踪算法的研究20-28
• 3.1 最大功率追踪控制的原理20-21
• 3.2 典型的MPPT控制算法21-24
• 3.2.1 恒定电压法(CVT)21-22
• 3.2.2 扰动观察法(P&O)22-23
• 3.2.3 电导增量法(INC)23-24
• 3.3 改进的扰动观察法24-27
• 3.3.1 改进的扰动观察法提出的理论基础25
• 3.3.2 改进的扰动观察法25-27
• 3.4 本章小结27-28
• 第4章 光伏电池仿真模型的建立及MPPT算法仿真28-39
• 4.1 太阳能电池工作原理28-29
• 4.2 光伏电池仿真模型的建立29-35
• 4.2.1 太阳能电池等效电路29-30
• 4.2.2 工程用光伏电池等效模型30-31
• 4.2.3 Simulink 工具箱搭建光伏电池仿真模型31-34
• 4.2.4 光伏电池仿真模型验证34-35
• 4.3 传统扰动观察法和改进的扰动观察法仿真分析35-38
• 4.3.1 传统扰动观察法与改进的扰动观察法仿真建模35-36
• 4.3.2 仿真结果分析36-38
• 4.4 本章总结38-39
• 第5章 功率优化器总体设计及实验结果分析39-49
• 5.1 系统总体设计39-40
• 5.2 MPPT控制电路设计及仿真结果分析40-47
• 5.2.1 FPGA概述40
• 5.2.2 基于FPGA的MPPT控制电路设计40-45
• 5.2.3 MPPT控制电路整体仿真45-47
• 5.3 最大功率点跟踪实验及结果分析47-48
• 5.4 本章小结48-49
• 第6章 总结与展望49-50
• 6.1 总结49
• 6.2 展望49-50
• 参考文献50-52
• 攻读学位期间参与的课题研究及取得的研究成果52-53
• 致谢53-54

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