局部阴影下的光伏最大功率点跟踪控制研究

【摘要】：随着世界经济的飞速发展,传统能源的日益枯竭和环境污染等问题正日益变成制约社会发展的瓶颈。为了能够可持续发展,全社会越来越重视可再生能源的开发和利用。在新能源应用方面,太阳能作为无污染的绿色能源之一,更被作为基础能源对待。对太阳能发电的研究,更是细分成多个方向,快速发展。光伏发电系统在实际应用中,受到云团、建筑、树木、杂物等遮挡,会出现阴影效应。光伏系统处于阴影时,导致的热斑效应有可能烧毁电池板。旁路二极管的加入能有效的解决热斑效应,但同时也导致光伏系统输出特性改变,使得系统在阴影下的P-V特性曲线呈多峰性。多峰特性会使得传统的单峰MPPT(Maximum Power Point Tracking)算法效率低下甚至完全失效。本文首先研究了光伏电池的原理和其在不均匀光照下的输出特性,并在查阅大量文献的基础上,总结了目前阴影条件下光伏发电技术的研究现状,并设计了一种适用于局部阴影的最大功率点跟踪算法。使用Matlab/Simulink建立仿真模型,对该算法进行仿真研究和验证。设计和搭建了200W微型光伏实验硬件平台,并在该平台上完成了双峰最大功率点跟踪实验。本文介绍的最大功率点跟踪算法重点在于阴影产生时光伏系统的工作状态判断,在不同的状态下均能快速找到所有局部最大功率点,并找到全局最大功率点。结合传统的单峰最大功率点跟踪方法,实现快速稳定的全局最大功率点跟踪。并设计了离网的光伏实验平台,对该算法进行了一定的验证。 【关键词】：光伏 局部阴影 多峰MPPT 扰动观察
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题的研究背景和意义9-11
• 1.2 光伏发电系统简介11-15
• 1.3 国内外研究动态15-20
• 1.3.1 最大功率点跟踪技术的发展15-18
• 1.3.2 微型逆变器的发展18
• 1.3.3 光伏系统拓扑结构研究现状18-19
• 1.3.4 阴影效应研究现状19-20
• 1.4 本文内容安排20-21
• 第2章 光伏电池阴影效应的研究21-34
• 2.1 光伏电池原理及特性21-23
• 2.1.1 光伏电池板的原理21-23
• 2.1.2 光伏电池板的特性23
• 2.2 基于matlab/Simulink的光伏电池仿真研究23-28
• 2.3 阴影对光伏电池的影响28-31
• 2.3.1 热斑现象的产生及危害28
• 2.3.2 旁路二极管的作用及影响28-31
• 2.4 阴影条件下光伏电池组件的仿真研究31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 阴影条件下MPPT算法研究34-52
• 3.1 光伏电池最大功率跟踪原理34-35
• 3.2 光伏电池单峰特性下常用最大功率跟踪方法35-39
• 3.2.1 定电压跟踪法35
• 3.2.2 扰动观察法35-36
• 3.2.3 电导增量法36-37
• 3.2.4 复合控制方法37-38
• 3.2.5 其它常用单峰最大功率跟踪算法38-39
• 3.3 局部阴影下传统算法的应用分析39-42
• 3.4 双峰最大功率跟踪算法设计42-49
• 3.4.1 阴影条件下光伏组件输出特性分析42-45
• 3.4.2 改进的双峰MPPT控制方法设计45-47
• 3.4.3 多峰情况算法设计47-49
• 3.5 双峰最大功率跟踪算法仿真研究49-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第4章 200W逆变器实验平台搭建52-65
• 4.1 实验平台总体设计52-53
• 4.2 功率电路设计53-56
• 4.2.1 反激变压器匝数比确定53
• 4.2.2 磁化电感的确定53
• 4.2.3 变压器原副边电流计算53-54
• 4.2.4 变压器线径及匝数计算54-55
• 4.2.5 功率MOS管选择55
• 4.2.6 逆变全桥的设计55-56
• 4.3 辅助电路设计56-58
• 4.3.1 初级MOSFET驱动信号放大电路56
• 4.3.2 SCR驱动电路56-57
• 4.3.3 系统供电电路57-58
• 4.4 控制板及逆变功率板介绍58-61
• 4.5 软件控制算法实现61-64
• 4.5.1 控制芯片TMS320F28335概述61-62
• 4.5.2 软件结构总体设计62
• 4.5.3 定时中断服务程序设计62-63
• 4.5.4 双峰算法程序实现63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 总结与展望65-67
• 5.1 全文总结65-66
• 5.2 研究展望66-67
• 参考文献67-70
• 致谢70

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