光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法的研究

论文摘要

日益严峻的能源危机和环境问题使得人们不断探索新能源。太阳能是最环保、储量最丰富、最容易直接利用的能源之一，并以各种方式被广泛利用。光伏发电是一种利用太阳能的有效方式，已成为当前研究的热点。但是光伏发电系统所使用的光伏电池输出功率受光照强度和温度等因素的影响，其输出具有非线性特性，影响光伏发电系统的整体输出效率，对光伏电池的输出最大功率点进行跟踪控制很有必要。本文简要介绍了光伏发电系统，最大功率点跟踪(MPPT)的原理及常用方法，并对这些常用最大功率点跟踪控制方法进行详细分析，针对其存在的最大功率点附近振荡现象、跟踪速度慢和误判问题，提出了一种改进的算法。在MATLAB/Simulink仿真环境下，对本文所提出的算法和常规自适应算法进行了仿真分析，仿真结果表明本文提出的改进算法能够有效解决这些问题，相对常规自适应算法具有更好的动态和稳态特性。在理论分析的基础上，本文设计了以美国TI公司的DSP处理控制芯片TMS320F2812为核心的光伏发电系统最大功率点跟踪控制硬件电路部分和软件部分。硬件电路部分包括Boost主电路、MOSFET驱动和保护电路、直流电流和直流电压采样处理电路及DSP辅助电路等；软件部分包括主程序流程设计、中断子程序流程设计、采样部分设计等，本文都进行了详细的设计介绍。搭建了光伏发电系统最大功率点跟踪控制的实验平台，并基于该实验平台设计了实验方案。对常规自适应算法和本文所提出的改进算法进行了实验及分析，实验结果验证了本文提出改进算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 光伏发电及最大功率跟踪的发展
• 1.2.1 光伏发电的发展
• 1.2.2 光伏发电系统的结构
• 1.2.3 最大功率跟踪控制的发展
• 1.3 光伏发电国内外发展状况
• 1.3.1 国外发展状况
• 1.3.2 国内发展状况
• 1.4 本课题研究主要内容
• 第2章 最大功率点跟踪控制的基本原理
• 2.1 太阳能光伏电池的基本原理
• 2.1.1 光伏效应
• 2.1.2 光伏电池的等效电路
• 2.1.3 光伏电池的输出特性
• 2.1.4 光伏电池 MATLAB/Simulink 模型建立
• 2.2 最大功率点跟踪控制的基本原理及常用方法
• 2.2.1 最大功率点跟踪控制的基本原理
• 2.2.2 常用的最大功率点跟踪控制方法
• 2.3 Boost 升压电路
• 2.3.1 Boost 升压电路原理
• 2.3.2 Boost 电路实现光伏电池输出工作点变化的原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 最大功率点跟踪控制算法研究
• 3.1 算法跟踪速度慢及最大功率点附近振荡问题研究
• 3.1.1 光照强度和温度恒定状况下常用算法存在的主要问题
• 3.1.2 最大功率点跟踪速度慢及振荡问题解决方法
• 3.2 外界环境条件突变情况下跟踪算法的误判问题研究及解决办法
• 3.3 仿真对比分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 最大功率点跟踪控制硬件设计部分
• 4.1 主电路设计
• 4.1.1 电感参数计算
• 4.1.2 电容参数计算
• 4.1.3 二极管选取
• 4.1.4 开关器件 MOSFET 的选取
• 4.2 开关器件 MOSFET 驱动电路设计
• 4.3 开关器件 MOSFET 缓冲电路设计
• 4.4 DSP 芯片及其最小系统搭建
• 4.4.1 TMS320F2812 芯片
• 4.4.2 TMS320F2812 最小系统实现
• 4.5 直流信号检测调理电路
• 4.6 串行通讯电路
• 4.7 本章小结
• 第5章 最大功率点跟踪控制软件设计部分
• 5.1 CCS 集成开发环境介绍
• 5.2 软件设计总框图
• 5.2.1 中断服务子程序部分设计
• 5.2.2 模拟量数字量转换软件设计
• 5.2.3 主程序部分
• 5.3 本章小结
• 第6章 实验部分
• 6.1 实验平台
• 6.2 实验结果
• 6.2.1 光伏电池输出曲线测试
• 6.2.2 最大功率点跟踪实验
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录