独立的光伏最大功率点跟踪器的研制

论文摘要

利用太阳能电池发电是解决能源问题和环境问题的重要途径之一。太阳能电池发的电能否充分利用非常重要。但是,由于太阳电池阵列的输出功率将会显著地随着日照条件、大气条件（包括云层遮挡、局部表面反射力以及环境温度等）的变化而改变,因此,为了使整个系统的效率达到最大化,就应该让太阳电池始终工作于最大功率点（MPP）处。本文在太阳能电池输出特性和现有跟踪算法,例如电压反馈法、功率反馈法、扰动观察法、电导增量法、模糊算法、神经网络算法的基础上,分别从硬件和软件方面对研制的独立的最大功率点跟踪器（MPPT）进行了全面的阐述,并对跟踪器中的创新部分及研制过程中遇到的问题进行了阐述和分析。该跟踪器电源选用输入范围宽的、稳压性能好的DC/DC模块,CPU选用了ARM9,IGBT选用了性价比好的器件;软件方面,非遮挡情况下采用改进的爬山法,遮挡情况下采用全局寻优、扰动算法、改进的电导增量算法相结合的算法。在W函数的基础上,用matlab/simulink仿真太阳能电池P-V特性曲线。实验结果表明该跟踪器能够实现输入范围为10V—200V,0A—20A,同时具有良好的跟踪精度和可重复性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光伏技术及产业前景
• 1.2 最大功率点跟踪国内外状况
• 1.3 研究意义
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 最大功率点跟踪系统的总体设计
• 2.1 系统的基本结构
• 2.2 系统主电路拓扑结构的分析与选择
• 2.2.1 DC/DC 变换的基本拓扑结构
• 2.2.2 本系统所采用的主电路拓扑结构
• 2.3 系统的总体控制策略
• 2.4 本章小结
• 第三章 最大功率点跟踪系统硬件电路的设计与实现
• 3.1 主电路中的各元器件的参数选择
• 3.1.1 主功率器件的选择
• 3.1.2 输入侧平波电容器的选择
• 3.1.3 输出侧LC 滤波器的容量选择
• 3.1.4 散热器的选择
• 3.1.5 微控制器的选择
• 3.1.6 12V 转换电源模块的选择
• 3.1.7 供电单元电路设计
• 3.1.8 IGBT 驱动电路功能器件的选择
• 3.2 CPU 的特性
• 3.2.1 浮点运算
• 3.2.2 时钟发生模块及时钟
• 3.2.3 模数转换模块
• 3.3 采样电路
• 3.3.1 电压采样
• 3.3.2 电流采样
• 3.4 滤波电路
• 3.4.1 巴特沃思二阶低通滤波器
• 3.4.2 二阶RC 低通无源滤波器
• 3.5 驱动电路的设计
• 3.5.1 IGBT 的驱动要求
• 3.5.2 驱动电路的电源
• 3.5.3 TLP250 及驱动电路
• 3.6 液晶显示电路的设计
• 3.7 BUCK 电路的改进
• 3.7.1 BUCK 电路改进前
• 3.7.2 BUCK 电路改进后
• 3.8 直流侧过流保护
• 3.9 本章小结
• 第四章 MPPT 控制技术的研究和实现方案
• 4.1 太阳电池的工作原理和特性
• 4.1.1 太阳电池的基本原理
• 4.1.2 太阳电池的P-V 特性曲线matlab/simulink 仿真
• 4.1.3 太阳能电池遮挡情况下的特性曲线
• 4.2 太阳能电池的最大功率点跟踪
• 4.2.1 最大功率跟踪原理
• 4.2.2 目前各种常见MPPT 技术的特点
• 4.3 本系统采用的最大功率点跟踪方法
• 4.3.1 非遮挡情况
• 4.3.2 遮挡情况
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果及分析
• 5.1 室内模拟实验及分析
• 5.2 室外实验及分析
• 5.2.1 组件测试
• 5.2.2 遮挡测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文的主要结论和创新点
• 6.2 下一步的工作及展望
• 6.3 本人在项目中所做的工作
• 参考文献
• 最大功率跟踪算法附录
• 1、非遮挡情况下
• 2、遮挡情况下
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文、获得的奖励及专利