光伏发电系统最大功率点跟踪的算法研究与系统设计

【摘要】：随着当今世界能源短缺与环境污染问题的日益严重,可再生的能源与可持续的发展越来越多地受到人们的重视。风能、核能、生物质能、潮汐能、太阳能等成为了新能源的主要开发与利用对象。其中,太阳能成为了当今可再生能源中的重要研究对象,其清洁环保,无任何污染,利用价值高；太阳能更没有能源短缺的问题存在,其种种优点决定了其在能源更替中不可取代的地位。但是,环境条件的变化对太阳能发电转换效率的影响非常大,因此,提高太阳能光伏发电效率的问题成为了研究太阳能的重点方向。 本文研究了太阳能光伏发电系统及最大功率点跟踪技术。从最基本的太阳能电池及其工作特性出发,设计光伏发电系统结构,运用Matlab中的Simulink来搭建光伏发电系统的仿真模型；同时,研究了最大功率点跟踪技术,将设计的新型最大功率点跟踪算法在系统仿真模型中进行验证,并分析仿真效果。 首先,由光伏电池的等效电路设计光伏电池的仿真模型,分析其不同环境条件下的工作特性,总结出最大功率点的变化规律。其次,研究了最大功率点跟踪技术,分析了经典的最大功率点跟踪算法如恒定电压法、扰动观测法、电导增量法的优缺点,在这基础之上,设计了新型的改进的电导增量法、模糊控制法和模糊神经网络法。将新型的最大功率点跟踪算法在系统仿真模型上进行实现,并通过示波器检验各新型算法的仿真效果,最终达到了控制时间短,基本无超调,紧随环境变化的控制效果。最后,对太阳能光伏发电系统进行软硬件设计,根据Matlab中的系统仿真模型,在Protel中设计了光伏发电系统的硬件电路；同时使用模糊控制开发工具FuzzyTech来设计模糊控制器,并将其转换成C语言程序代码。 本文给出了详细的Matlab仿真模型和算法的设计过程,对实验结果作出了详细的分析；同时,也介绍了系统硬件电路和软件程序的设计过程。 【关键词】：太阳能光伏发电系统 最大功率点跟踪 电导增量法 模糊神经网络法 FuzzyTech
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 太阳能光伏发电系统的发展概况与研究现状13-14
• 1.3 论文的主要研究内容及创新点14-16
• 第二章 太阳能光伏发电系统的分类及组成结构16-21
• 2.1 引言16
• 2.2 太阳能光伏发电系统的分类16-17
• 2.3 太阳能光伏发电系统的控制原理17-18
• 2.4 Boost电路与PWM控制原理18-19
• 2.4.1 Boost电路原理介绍18-19
• 2.4.2 PWM技术介绍19
• 2.5 最大功率点跟踪的控制原理19-20
• 2.6 本章小结20-21
• 第三章 最大功率点跟踪研究21-32
• 3.1 引言21
• 3.2 光伏电池介绍21-23
• 3.2.1 光伏电池工作原理21
• 3.2.2 光伏电池等效电路21-23
• 3.3 光伏电池工作特性分析23-25
• 3.4 MPPT算法介绍25-31
• 3.4.1 恒定电压法25-26
• 3.4.2 扰动观测法26-27
• 3.4.3 电导增量法27-28
• 3.4.4 改进的电导增量法28-29
• 3.4.5 模糊控制法29-30
• 3.4.6 模糊神经网络法30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 系统设计与仿真32-46
• 4.1 引言32
• 4.2 光伏电池的仿真32-33
• 4.3 基于改进的电导增量法的MPPT仿真33-37
• 4.3.1 DC-DC电压转换模块34-35
• 4.3.2 MPPT控制模块35
• 4.3.3 PWM生成模块35
• 4.3.4 基于改进电导增量法的仿真结果35-37
• 4.4 基于模糊控制的MPPT仿真37-42
• 4.4.1 模糊控制输入输出的确定37-38
• 4.4.2 隶属度函数的确定38-39
• 4.4.3 模糊控制规则的确定39-40
• 4.4.4 模糊控制方案的仿真40-42
• 4.5 基于模糊神经网络的MPPT仿真42-45
• 4.6 本章小结45-46
• 第五章 太阳能光伏发电系统的设计与MPPT的实现46-59
• 5.1 引言46
• 5.2 硬件电路设计46-52
• 5.2.1 主电路设计47-48
• 5.2.2 电压、电流采样电路48-49
• 5.2.3 单片机控制49
• 5.2.4 IGBT驱动电路49-50
• 5.2.5 蓄电池充电电路50-52
• 5.2.6 逆变电路52
• 5.3 系统软件设计52-58
• 5.3.1 A/D转换和PWM的设计53-55
• 5.3.2 MPPT程序的设计55-58
• 5.4 本章小结58-59
• 总结与展望59-60
• 参考文献60-63
• 附录63-64
• 作者攻读硕士期间发表的论文64-65
• 致谢65

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