一种新型的太阳能光伏发电控制系统的研究

【摘要】：随着世界能源紧缺问题的日益严峻,太阳能作为国际公认的理想替代能源得到了越来越广泛的应用。但是太阳能发电系统普遍存在着太阳能光线吸收效率低、同等外界条件下光伏电池发电效率不能达到最大等问题,造成了太阳能资源以及太阳能发电设备的浪费。本文从上述的两个问题出发,提出了一种新型的太阳能光伏发电控制系统,从提高太阳光线的接收效率和光伏电池的输出功率两个方面来改善太阳能发电系统的工作效率。 本文从太阳的对地运行规律出发,根据太阳光线的入射角度时刻变化的情况,提出了以光电检测跟踪方式,在俯仰-水平两个方向同时对太阳光线进行跟踪,使光伏电池板保持与太阳光线保持垂直,提高了光伏电池板的太阳光线接受效率。执行元件选择了两台三相混合式步进电动机,并针对其在传统的驱动方式下出现的低频振荡和噪声等问题,提出了均匀细分恒转矩控制方案,采用正弦波细分和电流跟踪型脉宽调制(SPWM)技术实现三相混合式步进电动机的细分控制。双轴跟踪和步进电机控制单元都以DSP(1) TMS320LF2407A为核心处理器,取得了良好的控制效果。 在光伏发电系统中,光伏电池阵列输出特性具有非线性特征,而且其输出特性受光照强度、环境温度和负载情况影响。本文从最大功率点跟踪(MPPT)的基本原理和数学模型出发,分析了提高光伏电池输出功率的基本方法,提出了使用Cuk升降压电路来控制光伏系统的工作电压点,采用恒电压控制法(CVT)启动的变步长导纳增量法实现最大功率跟踪。系统以DSP(2) TMS320LF2407A为核心,完成了MPPT的相关运算,利用PWM波控制Cuk电路的开光管导通与关断,进而控制主电路电压。并采用MATLAB7.1进行仿真研究,仿真结果表明当日照环境发生变化时光伏电池的输出功率以及系统的响应速度和稳定性都得到了很大的提高,例如光伏电池被云层遮蔽的过程以及光照恢复时,系统均快速追踪到最大功率点,光伏电池以最大功率输出。 【关键词】：太阳能发电 双轴跟踪 混合式步进电动机 正弦波细分 最大功率点跟踪
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景10-14
• 1.1.1 太阳能利用的优点10
• 1.1.2 当前国内外太阳能的利用状况10-11
• 1.1.3 太阳能发电的研究现状11-14
• 1.2 研究的目的和意义14-15
• 1.3 课题研究的主要内容15-17
• 第2章 太阳能发电控制系统的结构及工作原理17-25
• 2.1 太阳能发电系统17-18
• 2.2 系统整体结构18
• 2.3 俯仰-水平双轴跟踪18-19
• 2.3.1 俯仰-水平双轴跟踪系统的建立18-19
• 2.3.2 光电检测跟踪方式19
• 2.3.3 双轴跟踪执行机构19
• 2.4 最大功率点跟踪19-24
• 2.4.1 光伏电池工作原理、特性及等效模型20-22
• 2.4.2 MPPT 的工作原理22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 双轴跟踪单元的设计与实现25-42
• 3.1 俯仰-水平双轴跟踪单元的总体结构设计25-26
• 3.2 双轴跟踪单元的原理及实现方法26-30
• 3.2.1 双轴跟踪的机械结构26-29
• 3.2.2 步进电动机运行脉冲数的计算29-30
• 3.3 光电检测跟踪的设计与实现30-33
• 3.3.1 光电检测传感器的原理及组成30-31
• 3.3.2 光电检测跟踪软件设计31-33
• 3.4 混合式步进电动机的正弦波细分驱动的设计与实现33-40
• 3.4.1 正弦波细分驱动原理33-35
• 3.4.2 细分驱动系统硬件设计35-38
• 3.4.3 细分驱动系统软件的设计38-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 最大功率点跟踪的实现42-55
• 4.1 CVT 启动的变步长导纳增量法42-46
• 4.2 MPPT 的硬件设计46-51
• 4.2.1 Cuk 式变换器的设计与实现47-49
• 4.2.2 电流检测电路49
• 4.2.3 电压采样电路49-50
• 4.2.4 驱动电路50-51
• 4.3 MPPT 的软件设计51-52
• 4.4 MPPT 仿真建模52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 实验结果分析55-62
• 5.1 步进电机正弦波电流驱动实验结果分析55-57
• 5.2 MPPT 仿真结果分析57-61
• 5.3 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 攻读学位期间发表的学术论文67-68
• 致谢68

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