光伏发电系统最大功率点跟踪算法研究及实现

【摘要】： 太阳能光伏发电是新能源研究的热点之一。本论文以太阳能光伏发电系统为研究对象，以获取太阳能电池的最大功率为目标，基于比较已知的最大功率点跟踪（MPPT）算法，构造验证用的单片机系统，既深化理解了光生伏特效应，又体会到优秀算法对于绿色设计的技术贡献。 基于Matlab环境，应用Simulink嵌入函数，建立光伏电池模型，分析光伏电池的I‐V和P‐V特性；抽象出Boost电路模型，结合两个模型仿真验证了光伏系统MPPT的基本原理。 比较了3种经典的最大功率点跟踪算法（扰动观察法、电导增量法和模糊控制法）。针对前两种算法，自变量扫描（本质是调V）采用3种占空比步长（小、中、大），训练了2个关键因变量（跟综延迟与功率波动），仿真结果显示：电导增量法性能稍优于扰动观察法，但是跟踪步长的大小都影响了系统的动态和稳态性能，而且较难找到平衡点。 重点讨论了基于模糊控制的MPPT算法，关键技术是借助人工神经网络法，由实测数据生成模糊控制规则。仿真对比前面两种算法，得知模糊控制具有更好的动态和稳态性能（跟综延迟与功率波动分别缩减了35.6%和1.1%）。 具体构造单片机小系统，成功验证了扰动观察法，准确地找到最大功率点；分析了基于模糊控制MPPT算法软硬件实现的技术可行性。 仿真研究表明，复杂的模糊控制MPPT算法的性能，的确优于扰动观察法和电导增量法；软硬件实现可知，简单的算法例如扰动观察法容易实现。 本工作尝试为加速光伏发电MPPT的微电子系统集成积累素材与基础。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪(MPPT) Boost 模糊控制 单片机
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 文献综述11-12
• 1.2.1 光伏发电11-12
• 1.2.2 MPPT 算法12
• 1.3 工作创新12-14
• 1.3.1 工作12-13
• 1.3.2 创新13-14
• 第二章 光伏系统仿真模型14-24
• 2.1 光伏发电系统组成与分类14
• 2.2 光伏电池特性及Matlab 仿真模型14-18
• 2.2.1 光伏电池的基本原理14-15
• 2.2.2 光伏电池数学模型15-16
• 2.2.3 光伏电池Matlab 建模16-18
• 2.3 DC-DC 变换电路18-22
• 2.3.1 典型DC-DC 变换电路19-21
• 2.3.2 Buck 电路与Boost 电路的分析比较21
• 2.3.3 Boost 电路Matlab 仿真分析21-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 MPPT 经典控制算法及仿真分析24-43
• 3.1 光伏阵列MPPT 原理24-27
• 3.1.1 MPPT 原理分析24-25
• 3.1.2 Boost 变换器实现MPPT25-27
• 3.2 光伏系统MPPT 常用控制算法27-34
• 3.2.1 恒定电压跟踪法28-29
• 3.2.2 基于数据库的MPPT 算法29-30
• 3.2.3 扰动观察法30-32
• 3.2.4 电导增量法32-34
• 3.3 控制算法仿真分析34-42
• 3.3.1 扰动观察法仿真分析34-38
• 3.3.2 电导增量法仿真分析38-41
• 3.3.3 两种MPPT 算法仿真结果的分析与比较41-42
• 3.4 基于人工智能的MPPT 控制算法42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 模糊控制技术实现光伏系统MPPT43-54
• 4.1 模糊控制技术概论43-44
• 4.1.1 模糊控制产生及优越性43
• 4.1.2 模糊控制器的结构43-44
• 4.2 光伏系统最大功率点跟踪模糊控制算法44-49
• 4.2.1 光伏系统MPPT 模糊控制方法44-47
• 4.2.2 模糊MPPT 控制的仿真分析47-49
• 4.3 人工神经网络法确定模糊控制规则49-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 MPPT 控制系统实现方案及实验调试54-66
• 5.1 单片机MPPT 控制系统硬件设计54-58
• 5.1.1 系统硬件总体结构设计54
• 5.1.2 关键硬件电路设计案54-58
• 5.2 单片机MPPT 控制系统软件设计58-61
• 5.2.1 系统功能与编程语言选择58
• 5.2.2 系统软件总体结构58-59
• 5.2.3 关键软件程序编写59-61
• 5.3 系统实验调试61-65
• 5.3.1 实验总体构思及准备61-62
• 5.3.2 DC-DC 变换电路62-63
• 5.3.3 改变占空比观察输出功率63-64
• 5.3.4 功率跟踪及性能评价64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间公开发表的论文72-73
• 致谢73-74

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