光伏发电系统中的最大功率跟踪研究及实现

论文摘要

随着社会的进步和发展,人类面临着越来越严峻的环境污染问题以及能源短缺问题,开发利用清洁的可再生能源成为人们关注的焦点。太阳能作为新兴的绿色能源中的一种,具有取之不尽、用之不竭、无污染等优点,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。目前太阳能电池的价格较高而转化效率较低,为了充分有效的利用太阳能,在光伏发电系统中加入最大功率跟踪显得尤为必要。本文介绍了太阳能电池及其分类,结合太阳能电池的物理模型和数学模型,采用Matlab/Simulink对太阳能电池建模,对太阳能电池的输出特性进行仿真研究,分析不同的外界环境对太阳能电池输出的影响。在太阳能电池表面无阴影和部分阴影情况下,对太阳能电池的输出特性进行试验研究。制作完成小功率升压斩波电路,在太阳能电池表面部分阴影和无阴影的情况下选择登山法和瞬时扫描法进行分析研究,比较了两种算法的优缺点。对太阳能光伏发电系统的主电路和控制方式进行了理论研究,主功率电路采用升压斩波电路和全桥逆变电路。对全桥逆变电路采用SPWM调制方式中的单极性倍频调制。使用三菱公司的智能功率模块PM200DSA060作为系统的主功率开关器件,由于智能功率模块自带短路保护、欠压保护等功能,增加了系统抗干扰能力,同时简化了驱动电路的设计。使用高速光耦HCPL-4506和低速光耦TLP624设计外部驱动隔离电路。采用LC滤波器对逆变器的输出进行滤波。采用Myway公司的开发平台PE-EXPERTII作为该系统的控制核心,该平台是基于TI公司的高数浮点型DSP（TMS320VC33-150MHz）的高速控制系统,可实现多种控制以及多通道PWM输出,通过对功率开关管的控制实现对太阳能电池输出的最大功率点跟踪以及电路的保护,采用PID算法计算控制调制幅值。最后,论文给出了各部分的调试与实验结果,验证了登山法与瞬时扫描法在该系统中的可实现性,改善了系统中存在的部分问题,提高了系统的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 能源问题及应对
• 1.2 光伏发电的特点及优势
• 1.3 光伏发电的发展
• 1.4 本课题的研究内容与创新点
• 第二章 光伏发电系统概述
• 2.1 光伏发电系统的分类及构成
• 2.2 太阳能电池特性分析
• 2.2.1 太阳能电池方阵及分类
• 2.2.2 基于Matlab/Simulink太阳能电池的建模
• 2.2.3 太阳能电池输出特性的仿真分析
• 2.2.4 阴影覆盖时太阳能电池的输出特性
• 2.3 光伏系统功率控制器理论研究
• 2.3.1 DC-DC转换电路
• 2.3.2 逆变器工作原理
• 2.3.3 SPWM调制及死区效应
• 2.4 单相光伏并网发电系统的总体设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 光伏系统最大功率跟踪（MPPT）算法研究
• 3.1 常用最大功率跟踪算法
• 3.1.1 恒定电压法（CVT）
• 3.1.2 微扰观察法（P＆O）
• 3.1.3 增量电导法（IncCond）
• 3.1.4 瞬时扫描法
• 3.1.5 开路电压法与短路电流法
• 3.2 基于DSP登山法与瞬时扫描法的比较试验研究
• 3.2.1 小功率Boost电路的制作
• 3.2.2 基于DSP的登山法试验
• 3.2.3 基于DSP的瞬时扫描法试验
• 3.2.4 局部阴影下的最大功率跟踪试验
• 3.3 本章小结
• 第四章 单相光伏发电系统的最大功率跟踪的实现
• 4.1 单相光伏发电系统硬件电路设计
• 4.1.1 Boost电路电感参数设计
• 4.1.2 LC滤波电路参数设计
• 4.1.3 IPM隔离电路设计
• 4.1.4 电压传感器的校正
• 4.2 单相光伏发电系统软件设计
• 4.2.1 单相光伏发电系统控制策略
• 4.2.2 单相光伏发电系统的程序设计
• 4.3 单相光伏发电系统构建
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验调试及结果分析
• 5.1 Boost电路恒压控制调试
• 5.2 逆变电路调试
• 5.3 系统恒压恒流调试
• 5.4 单相光伏发电系统中最大功率跟踪实现
• 5.4.1 登山法的实现
• 5.4.2 瞬时扫描法的实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的文章