基于滑模变结构的光伏并网发电系统MPPT算法研究

【摘要】：太阳能作为一种可再生能源,依靠其清洁、分布广泛等特点成为传统化石能源的主要替代能源之一。光伏发电是利用太阳能的主要途径之一。光伏并网发电技术代表着21世纪极具潜力的能源利用技术。目前,太阳能光伏并网发电已经成为研究的热点。本课题以光伏并网技术为研究对象,对光伏发电系统的结构、光伏电池的数学模型、光伏发电系统最大功率点跟踪算法等问题进行了深入的探讨。要实现光伏并网发电就需要解决如下两个关键问题：(1)在由太阳能到电能的转换过程中,如何使光伏阵列的输出电功率最大?(2)鉴于所产生的电能为直流形式,如何将直流形式的电能转换为与电网同频、同相位和同幅值的正弦交流,以实现并网发电?本文主要对前者进行了深入研究。 考虑到光伏电池本身特性的非线性以及光伏电池本身使用环境的变化,为了获得最大的电功率输出,就需要专门的电路来调整光伏电池的工作点,以实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)。目前,常用的MPPT算法包括：扰动观测法、增量电导法、开路电压／短路电流法、纹波关联法等等。这些方法在温度和光照量缓慢变化条件下能够实现MPPT,实现最大功率输出。一旦环境因素(温度和光照量)突变,上述方法便出现误判,难以确保MPPT。为了解决这一问题,本文在详细分析了上述传统MPPT算法基础上,结合光伏电池非线性对象的特点,基于滑模变结构理论提出了一种新的MPPT算法。 滑模变结构控制本质上是一种切换控制,它根据系统的状态变化不断调整系统的结构,使系统的轨迹保持在期望的滑动面上。由滑模变结构所实现的系统具有动态响应快、系统的性能不受对象参数的变化、外部扰动等因素的影响。为此,本文结合光伏电池的特点,将这一理论融入于光伏电池MPPT的算法中,解决温度和光照量突变条件下的最大功率输出问题。 为了验证算法的有效性,本文在Matlab/Simulink环境下对所提方案进行了仿真,并借助于TMS320LF2407制作了光伏发电并网逆变器条件下的样机。仿真和样机实验结果表明：与其他算法相比,基于滑模控制的MPPT新算法动态响应快、稳定性强,可以在温度和光照量突变条件下使光伏电池输出最大功率。 【关键词】：光伏并网发电 光伏电池 数学模型 MPPT 滑模变结构控制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273;TM615
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 光伏发电的意义、现状及前景11-12
• 1.2 光伏发电系统简介12-13
• 1.3 光伏并网发电系统的体系结构13-20
• 1.3.1 不同光伏阵列分布方式下的体系结构13-17
• 1.3.2 不同光伏并网逆变器下的体系结构17-20
• 1.4 光伏并网发电系统中的关键问题20-21
• 1.5 本文主要研究内容21
• 1.6 各章节安排21-22
• 1.7 本章小结22-23
• 第2章 光伏电池的数学模型及其特性23-31
• 2.1 光伏电池的数学模型23-26
• 2.1.1 基于物理机理的光伏电池的数学模型23-25
• 2.1.2 光伏电池的工程用数学模型25-26
• 2.2 光伏电池的输出特性分析26-27
• 2.3 光伏电池输出特性仿真27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 光伏并网发电系统概述31-33
• 3.1 光伏并网发电系统拓扑及其控制概述31-32
• 3.2 本章小结32-33
• 第4章 光伏发电系统的MPPT一般控制算法研究33-45
• 4.1 最大功率点跟踪(MPPT)的一般算法研究33-39
• 4.1.1 爬山法(P&O)34-36
• 4.1.2 增量电导法(INC)36-37
• 4.1.3 开路电压法/短路电流法37-38
• 4.1.4 纹波关联法(RCC)38-39
• 4.2 MPPT仿真及结果分析39-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第5章 基于滑模变结构理论的光伏发电系统MPPT新算法45-54
• 5.1 基于滑模变结构理论的MPPT新算法(SMC)研究45-51
• 5.1.1 滑模变结构控制的基本原理45-49
• 5.1.2 滑模变结构应用于最大功率跟踪的新算法49-51
• 5.2 基于滑模变结构MPPT新算法的仿真结果及其分析51-53
• 5.2.1 基于滑模变结构MPPT新算法仿真结果51
• 5.2.2 各种MPPT算法的比较51-53
• 5.3 本章小结53-54
• 第6章 光伏并网发电系统控制实验研究54-66
• 6.1 光伏并网发电系统实验样机的软硬件设计54-60
• 6.1.1 硬件电路设计55-60
• 6.1.2 软件设计60
• 6.2 最大功率跟踪实验结果及分析60-64
• 6.3 本章小结64-66
• 第7章 结论与下一步的研究工作66-68
• 附录68-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 学位论文评阅及答辩情况表85

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