基于变步长增量电导法的光伏发电系统MPPT控制

【摘要】：太阳能光伏发电是新能源应用的重要组成部分，具有良好发展前景，得到广泛关注。对光伏发电系统施以最大功率点跟踪控制，可以使系统的输出功率始终保持最大功率输出，是提高系统整体效率的主要手段。最大功率点跟踪控制通常利用阻抗匹配原理，采用DC/DC电路连接光伏组件和负载，通过调节DC/DC电路中开关器件的开关频率，实现阻抗匹配，达到最大功率传输的目的。国内外学者对光伏发电最大功率点控制技术作了大量的研究，先后设计出多种控制方法，取得了丰富成果。 通过分析光伏电池的输出特性，以及常用最大功率点跟踪控制算法的工作原理及特点。针对传统变步长增量电导法在光照强度发生剧烈变化时，因变步长跟踪模式切换条件固定，变步长跟踪模式的工作范围发生改变，不能维持良好的跟踪性能这一问题，提出了改进策略。根据光伏阵列的输出功率特性，将输出功率作为动态矫正量引入定步长、变步长跟踪模式切换条件中，使得变步长跟踪模式的工作范围能够很好的保持。同时优化了变步长模式下步长变化规则，让变步长跟踪过程更加平稳。 利用光伏阵列工程模型，在MATLAB/simulink仿真平台下建立了光伏电池的仿真模型。根据独立光伏发电系统结构，以Boost电路作为DC/DC变换电路，进一步建立了光伏最大功率点跟踪控制系统仿真模型。仿真模拟光照强度发生剧烈变化情形，对传统变步长增量电导法和改进算法的跟踪性能进行了仿真测试。 最后，以Microchip公司生产的dsPIC33FJ64GS606数字信号控制器作为系统核心控制芯片，根据控制系统电路结构，完成了系统硬件电路设计。利用控制算法的工作原理，使用MPLAB IDE软件完成了系统软件设计。搭建了光照强度控制电路，在室内人为制造光照强度变化环境，分别对传统变步长增量电导法和改进算法的跟踪性能进行了实验测试。 通过仿真和实验验证改进变步长增量电导法的有效性，仿真和实验结果均表明，改进的控制算法比传统变步长算法跟踪鲁棒性更好、适应性更强。尤其在光照强度剧烈的情况下，能够同时保持良好的动态性能和稳态精度。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 变步长 增量电导法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及意义8
• 1.2 国内外光伏发电发展现状8-10
• 1.3 MPPT 控制技术研究现状10-13
• 1.3.1 恒电压法10
• 1.3.2 扰动观察法10-11
• 1.3.3 模糊控制法11
• 1.3.4 最优梯度法11-12
• 1.3.5 增量电导法12
• 1.3.6 滑模控制法12-13
• 1.4 本文主要研究内容13
• 1.5 本章小结13-14
• 2 独立光伏发电系统概述14-21
• 2.1 独立光伏发电系统简介14
• 2.2 光伏电池及其特性14-20
• 2.2.1 光伏电池的工作原理14-15
• 2.2.2 光伏电池的分类15-16
• 2.2.3 光伏电池的工程模型16-17
• 2.2.4 光伏电池的输出特性17-20
• 2.3 本章小结20-21
• 3 光伏阵列 MPPT 控制策略研究21-29
• 3.1 MPPT 控制原理21-22
• 3.2 MPPT 控制策略研究22-28
• 3.2.1 变步长增量电导法22-24
• 3.2.2 改进变步长增量电导法24-28
• 3.3 本章小结28-29
• 4 光伏阵列 MPPT 控制系统仿真29-41
• 4.1 阻抗匹配电路设计29-32
• 4.1.1 阻抗匹配电路的选择29
• 4.1.2 boost 电路的工作原理29-31
• 4.1.3 boost 电路参数设计31-32
• 4.2 MPPT 控制系统仿真模型32-33
• 4.3 仿真结果及分析33-40
• 4.3.1 定步长增量电导法仿真分析33-35
• 4.3.2 变步长增量电导法仿真分析35-38
• 4.3.3 改进变步长算法仿真分析38-40
• 4.4 本章小结40-41
• 5 光伏阵列 MPPT 控制系统设计及实现41-55
• 5.1 系统总体结构41
• 5.2 系统硬件电路设计41-46
• 5.2.1 供电电源电路设计41-42
• 5.2.2 boost 电路设计42-43
• 5.2.3 控制电路设计43-44
• 5.2.4 光照控制电路44-46
• 5.3 系统软件设计46-48
• 5.4 实验结果及分析48-54
• 5.4.1 定步长实验结果48-50
• 5.4.2 传统变步长实验结果50-52
• 5.4.3 改进变步长实验结果52-53
• 5.4.4 实验结果分析53-54
• 5.5 仿真与实验结果的比较54
• 5.6 本章小结54-55
• 6 结论与展望55-56
• 6.1 论文工作总结55
• 6.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 附录60

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