光伏发电系统中最大功率跟踪算法及DC/DC变换器的研究

摘要

太阳能以其安全无污染、不受区域限制等优点,受到世界各国越来越多的关注。太阳能光伏发电是利用太阳能的重要方式。但目前太阳能光伏系统价格昂贵,转换效率低,大大阻碍了光伏产业的发展。因此如何充分有效地利用太阳能显得尤为重要。太阳能最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)技术是提高转换效率,充分利用太阳能的有效措施。
　　 本文首先以太阳能电池作为研究对象,对其进行了原理分析,并通过其等效电路和工作电压电流的关系式及厂家提供的相应参数,在Matlab／Simulink中搭建了光伏电池模型。该模型能复现光伏阵列在任意温度及光照强度下的输出特性,并比较了不同温度和光照对光伏阵列输出特性的影响,充分说明了光伏电池的非线性特性；其次,在详细分析了各种最大功率跟踪算法原理及优缺点的基础上,综合了恒定电压法和滞环比较法的优点,提出了一种改进算法,并从理论上说明了改进算法的快速性和稳定性,并通过对扰动观察法和改进算法的建模和仿真,比较分析了两种算法的功率输出波形,验证了改进算法的稳定性和优越性；再次,本文详细分析了最大功率跟踪实验中常用的几种DC／DC变换器的工作原理及相关参数,并就本文中运用到的Boost电路进行了Simulink仿真,验证了其升压特性及占空比对光伏阵列工作电压的影响。最后运用DSP模块搭建了系统实验平台,并在外界光照较强时进行了相关实验。实验结果表明,改进算法的MPPT控制系统在最大功率点处不再产生振荡现象,完全满足了系统稳定性的要求；另外通过实验数据计算可知,Boost电路的转换效率能达到90％以上,充分说明了改进算法的稳定性和优越性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 光伏发电研究背景

1.2 光伏发电发展现状

1.2.1 国外光伏发电的现状

1.2.2 国内光伏发电的现状

1.3 最大功率点跟踪控制研究

1.3.1 最大功率点跟踪的研究意义

1.3.2 最大功率点跟踪的研究现状

1.4 本文主要上作与内容安排

第2章 最大功率跟踪相关理论研究

2.1 光伏电池的工作原理及特性

2.1.1 光伏电池的基本原理

2.1.2 光伏电池的电路模型

2.1.3 光伏电池的仿真模型

2.1.4 光伏电池的特性分析

2.2 变换器用于最大功率点跟踪的理论研究

2.3 常用 DC/DC变换器的性能研究

2.3.1 常用DC/DC变换器的工作原理

2.3.2 DC/DC变换器的性能比较分析

2.4 升压式变换器的仿真研究

第3章 最大功率点跟踪改进算法及仿真

3.1 光伏电池最大功率点跟踪原理

3.2 常用最大功率点跟踪算法

3.2.1 恒定电压法(CVT)

3.2.2 扰动观察法

3.2.3 增量电导法

3.2.4 间歇扫描法

3.2.5 滞环比较法

3.3 最大功率点跟踪改进算法原理

3.4 最大功率点跟踪算法的实现

3.4.1 最大功率点跟踪算法的实现模型

3.4.2 最大功率点跟踪算法的实现验证

3.5 基于Matlab仿真的改进算法性能研究

3.5.1 基于扰动观察法的最大功率点跟踪仿真

3.5.2 基于双重算法的最大功率点跟踪仿真

第4章 光伏电池最大功率点跟踪控制实验系统设计

4.1 系统主电路的设计

4.2 DSP外围电路设计

4.3 升压变换器参数的设计

4.3.1 储能电感L的设计

4.3.2 滤波电容C的设计

第5章 最大功率跟踪系统实验结果与分析

5.1 实验系统参数

5.2 实验结果分析

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文