基于阴影覆盖的光伏阵列最大功率跟踪研究及实现

【摘要】：太阳能作为我国未来能源的发展趋势,与风能、水能一起称之为可再生环保能源,对以后国家经济的发展和居民的生活将产生重要的影响,因此得到了快速的发展。光伏发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势。为了充分有效的利用太阳能,必须在光伏发电系统中加入最大功率跟踪。同时由于太阳能电池在利用的过程中不可避免会有阴影覆盖,在系统中加入带阴影覆盖的最大功率跟踪显得更为必要。本文研究的主要内容有： 1.从太阳能电池的数学模型出发,根据太阳能电池的物理模型和数学模型,建立太阳能电池的Matlab/Simulink模型,对太阳能电池的输出特性进行仿真研究,分析太阳辐射强度,温度对太阳能电池输出特性的影响。 2.根据有阴影覆盖的太阳能电池的数学模型,以太阳能电池的数学模型为基础,建立了局部阴影覆盖的太阳能电池的Matlab/Simulink模型,分析了不同阴影覆盖面积对太阳能电池输出特性的影响。 3.以局部阴影覆盖的太阳能电池模型为基础,采用Matlab/Simulink仿真小功率升压斩波电路分析太阳能电池在没有阴影覆盖情况下使用扰动观察法进行最大功率跟踪时,光照强度对太阳能电池功率的影响；局部阴影的情况下选择登山法和瞬时扫描法进行最大功率跟踪,比较了两种算法的优缺点。 4.介绍分析TI公司的DSP芯片TMS320F2812,并以力天公司的DSP2812开发板作为该系统的控制核心,通过对功率开关管的通断控制来实现对太阳能电池输出的最大功率点跟踪,并对该系统进行保护。 5.根据局部阴影覆盖的太阳能电池的最大功率跟踪的Matlab模型,通过对电感,电容的参数的计算,采用电阻分压的方式进行电压采样,用DSP芯片TMS320F2812控制IGBT的通断,选择TLP250作为功率驱动模块,设计并制作了Boost电路的硬件模型,对在没有阴影覆盖和局部阴影覆盖下的太阳能电池的Boost电路采用扰动观察法和瞬时扫描法进行最大功率跟踪的比较实验。 6.结合仿真结论和硬件结果,验证了瞬时扫描法相比于扰动观察法在该系统中的可实现性,高效性,准确性,完善了系统中存在的问题。 【关键词】：光伏阵列 Matlab/Simulink 阴影覆盖 最大功率跟踪 瞬时扫描法 比较实验
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题的背景与意义10
• 1.2 太阳能光伏发电技术的优势10-11
• 1.3 光伏行业的发展现状及前景11-14
• 1.4 本课题的内容及创新点14-15
• 第二章 太阳能电池输出特性研究15-25
• 2.1 太阳能电池概述15-16
• 2.1.1 太阳能电池的原理15
• 2.1.2 太阳能电池的分类15-16
• 2.2 基于Matlab/Simulink太阳能电池的建模16-24
• 2.2.1 无阴影覆盖的光伏阵列近似模型及输出特性16-21
• 2.2.3 局部阴影覆盖的光伏阵列近似模型21-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 MPPT算法及DC-DC电路的MPPT仿真研究25-39
• 3.1 最大功率跟踪的基本原理25-26
• 3.2 最大功率跟踪算法26-33
• 3.2.1 恒定电压法27
• 3.2.2 扰动观察法27-29
• 3.2.3 增量电导法29-30
• 3.2.4 滞环比较法30-31
• 3.2.5 实际测量法31
• 3.2.6 瞬时扫描法31-32
• 3.2.7 直线近似法32-33
• 3.3 太阳能电池MPPT算法Matlab/Simulink分析33-38
• 3.3.1 光照强度变化时用扰动观察法实现最大功率跟踪的仿真33-35
• 3.3.2 光伏阵列局部阴影覆盖时用扰动观察法实现最大功率跟踪35-36
• 3.3.3 光伏阵列局部阴影覆盖时用瞬时扫描法法实现最大功率跟踪36-38
• 3.3.4 仿真结果分析38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 DC-DC硬件电路的设计与MPPT的实现39-54
• 4.1 Boost电路的选择及工作原理39-40
• 4.2 升压Boost电路的硬件设计40-42
• 4.2.1 Boost电路最小电感的设计40-41
• 4.2.2 Boost电路滤波电容的选取41-42
• 4.3 控制芯片的选择42-50
• 4.3.1 DSP2812的简介43-44
• 4.3.2 模/数转换(ADC)模块44
• 4.3.3 事件管理器模块44-46
• 4.3.4 二极管和功率管开关管的选取46
• 4.3.5 电压传感器、电流传感器和驱动电路的选取46-49
• 4.3.6 电源电路的选取49-50
• 4.4 控制系统软件设计50-53
• 4.4.1 软件开发环境CCS简介50-51
• 4.4.2 采用CCS开发应用程序的步骤51
• 4.4.3 控制系统编程思路51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 实验结果与结论54-59
• 5.1 部分阴影覆盖的太阳能电池输出特性试验54-55
• 5.2 瞬时扫描法确认实验55
• 5.3 扰动观察法和瞬时扫描法的比较实验55-58
• 5.3.1 无阴影覆盖太阳能电池时的比较实验56-57
• 5.3.2 局部阴影覆盖太阳能电池时的比较实验57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 作者攻读硕士期间发表文章66-67

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