光伏发电系统MPPT控制策略的研究

【摘要】：随着环境污染严重、化石燃料枯竭等问题的日益严重,太阳能作为可再生能源,由于其对环境污染少、能量储量大等优点被得到广泛的推行利用。在太阳能众多利用中光伏发电是重要形式之一,通过采用光伏阵列将光能转换成电能,然后储存到蓄电池中或并到电网供给用户的一种发电方式。但是光伏发电系统中使用的光伏电池容易受外界环境因素的影响,使得转换的能量得不到充分的利用,对光伏电池的最大功率点(MPP)进行跟踪控制十分必要。光伏发电系统组成结构多种多样,本文对光伏发电系统进行分类介绍,对其典型的拓扑结构进行分析,针对比较常见的DC/DC变换电路的优缺点,设计采用Boost电路实现MPPT算法。通过分析光伏电池的等效电路,光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外,对光照强度和温度的影响最为明显,通过分析光伏电池在不同环境下的输出特性,然后结合Boost电路的工作原理,实现对MPPT的跟踪控制。本文对光伏电池模型及其电气特性进行研究分析,其中对典型的控制算法,如插值计算法、滞环比较法和扰动观测法进行了详细的分析介绍,针对各自算法的优缺点提出改进算法基于插值计算法结合变步长滞环比较法,在MATLAB/SIMUlink仿真环境下,对改进算法与典型算法进行仿真对比,仿真结果表明改进算法更具有快速性和稳定性。本文设计以DSP控制芯片TMS320F28335为核心的光伏发电系统最大功率点跟踪控制硬件电路和软件部分。硬件电路包括保护电路、驱动电路、Boost主电路和直流电流、电压采样处理电路。软件包括主程序流程设计、采样部分设计和中断子程序流程设计等,本文都进行了详细设计的介绍。对光伏发电系统的软硬件进行设计,搭建500W样机实验平台进行实际波形测试,通过实验结果和数据分析,验证改进型算法的控制策略可靠性,实现预期目标。 【关键词】：光伏发电系统 最大功率点跟踪 插值计算法 滞环比较法 Matlab/Simulink
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 1 前言11-17
• 1.1 课题研究的目的和意义11-13
• 1.1.1 课题研究的目的11-12
• 1.1.2 课题研究的意义12-13
• 1.2 光伏发电国内外研究动态13-15
• 1.2.1 国内研究动态13-14
• 1.2.2 国外研究动态14-15
• 1.3 最大功率跟踪控制的发展趋势15-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-17
• 2 光伏发电系统17-26
• 2.1 光伏发电系统分类及拓扑17-20
• 2.1.1 光伏发电系统的分类17-18
• 2.1.2 光伏发电系统的拓扑结构18-20
• 2.2 太阳能光伏电池数学模型及特性分析20-23
• 2.2.1 太阳能光伏电池数学模型20-22
• 2.2.2 太阳能光伏电池电气特性22-23
• 2.3 光伏发电系统MPPT跟踪控制23-25
• 2.3.1 Boost升压电路工作原理23-24
• 2.3.2 Boost电路MPPT的控制技术24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 光伏发电系统MPPT控制算法研究26-38
• 3.1 最大功率点跟踪及算法26
• 3.2 扰动观测法26-31
• 3.2.1 定步长扰动观测法27-28
• 3.2.2 变步长扰动观测法28-29
• 3.2.3 滞环比较扰动观测法29-31
• 3.3 插值计算法结合变步长滞环比较法31-33
• 3.4 MATLAB/SIMUlink仿真MPPT算法33-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 光伏发电系统MPPT控制软硬件设计38-52
• 4.1 信号检测与处理38-43
• 4.1.1 数字信号处理器TMS320F2833538-39
• 4.1.2 信号检测电路设计39-40
• 4.1.3 高速A/D采样电路40-42
• 4.1.4 保护电路设计42-43
• 4.2 Boost升压电路参数设计43-45
• 4.2.1 电感参数设计44-45
• 4.2.2 稳压电容参数设计45
• 4.2.3 开关管及二极管参数设计45
• 4.3 IPM驱动电路设计45-48
• 4.3.1 IPM电源电路设计46-48
• 4.3.2 IPM驱动隔离电路设计48
• 4.4 系统软件总体设计48-51
• 4.4.1 开发环境简介48
• 4.4.2 系统主程序设计48-49
• 4.4.3 A/D采样程序设计49-50
• 4.4.4 中断程序设计50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 实验部分52-57
• 5.1 实验平台52-53
• 5.2 测试波形53-56
• 5.2.1 直流侧电压波形53-54
• 5.2.2 直流侧电流波形54
• 5.2.3 交流侧电压波形54-55
• 5.2.4 交流侧电流波形55
• 5.2.5 PWM驱动波形55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 6 结论与展望57-58
• 6.1 结论57
• 6.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62

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