光伏并网发电系统最大功率点跟踪方法研究

【摘要】：能源短缺和环境污染已是当今世界所面临的两大难题，改变能源结构，发展可再生能源，走可持续发展道路，已成为世界各国共识。光伏发电以其独特优势受到世界各国的关注，已成为光伏利用的主要发展趋势。 光伏电池输出功率随外部环境和负载的变化而变化，为提高光伏发电效率，需采用最大功率点跟踪电路。对于最大功率点跟踪电路的控制已提出许多方法，恒定电压法和扰动观察法因具有简单有效的优点而得到广泛应用。针对常规变步长扰动观察法的缺点，该文提出一种新型的改进的变步长扰动观察控制方法。 本文以光伏并网发电系统为研究对象，从系统的参数选择、拓扑结构、控制算法、最大功率点跟踪等方面作了详细的分析与研究，并在理论研究基础上进行了实验验证，主要工作如下： 首先介绍了课题相关研究背景及国内外光伏发电发展与研究现状。 然后完成了光伏发电系统的主电路的选择设计，详细分析了光伏并网发电系统中两种常用DC/DC转换电路，对两种变换器做了详细的叙述，推导出Boost电路参数设计公式，为后面进行MPPT仿真及系统硬件电路设计奠定了理论基础。 其次对光伏电池的等效电路模型及外部特性进行详细介绍，引出了光伏发电系统进行最大功率点跟踪的必要性；对目前几种常用的MPPT方法的原理及优缺点进行详细分析，并给出了相应的控制流程图；分析了光伏系统产生误判的原因，通过引入采样周期后端电流Ik1，最大限度地消除因日照强度突变引起光伏系统的误判。并针对常规变步长扰动观察法的缺点，提出一种新型的改进的变步长扰动观察控制方法。 最后分别搭建了仿真与实验平台，对光伏电池外特性以及常用的MPPT方法，包括恒定电压法、定步长扰动观察法、常规变步长扰动观察及本文改进的变步长扰动观察法进行了仿真与实验。结果表明，改进后的MPPT方法达到了启动时间短、跟踪效率高、反应速度快、无电压大范围摆动等优点。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 DC-DC变换器 变步长扰动观察
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题背景9-10
• 1.1.1 全球能源危机及环境问题9
• 1.1.2 太阳能的开发与利用9-10
• 1.2 国内外光伏发电的发展与研究现状10-11
• 1.2.1 国外光伏发电的发展与研究现状10
• 1.2.2 国内光伏发电的发展与研究现状10-11
• 1.3 本文研究的主要内容11-13
• 第二章 光伏并网发电系统相关理论13-25
• 2.1 光伏发电系统概述13-16
• 2.1.1 光伏发电系统的基本组成13-14
• 2.1.2 光伏发电系统的分类14-15
• 2.1.3 光伏发电的应用15-16
• 2.2 DC/DC 变换电路的研究16-22
• 2.2.1 降压（Buck）式变换电路16-19
• 2.2.2 升压（Boost）式变换电路19-22
• 2.3 Boost 电路中的参数设计22-24
• 2.3.1 输入电感 L 的设计22-23
• 2.3.2 输出电容 C 的设计23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 光伏并网发电系统最大功率点跟踪方法研究25-44
• 3.1 光伏电池原理25-30
• 3.1.1 光伏电池的等效电路模型26-27
• 3.1.2 日照强度和温度对光伏电池输特性的影响27-29
• 3.1.3 光伏电池最大功率点跟踪原理29-30
• 3.2 最大功率点跟踪方法研究30-43
• 3.2.1 恒定电压法(CVT)30-31
• 3.2.2 扰动观察法(P&O)31-33
• 3.2.3 导纳增量法(IncCond)33-34
• 3.2.4 变步长扰动观察法34-36
• 3.2.5 改进的变步长扰动观察法36-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 光伏并网发电系统最大功率点跟踪方法的仿真44-53
• 4.1 仿真工具简介44
• 4.2 DC/DC 电路的搭建44-48
• 4.2.1 光伏模块通用仿真模型的搭建44-47
• 4.2.2 Boost 电路的搭建47
• 4.2.3 S 函数的简介47-48
• 4.3 MPPT 仿真48-52
• 4.3.1 光伏模块的外特性仿真48-49
• 4.3.2 定步长扰动观察法应用于 Boost 电路的仿真49-51
• 4.3.3 变步长扰动观察法应用于 Boost 电路的仿真51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 光伏并网发电系统最大功率点跟踪的实现53-67
• 5.1 实验结构的总体框图53-54
• 5.2 主要芯片选型54-56
• 5.2.1 TMS320LF2812 处理器简介54-55
• 5.2.2 功率管驱动芯片 IR2110 简介55-56
• 5.3 电源电路56-57
• 5.4 MOSFET 驱动电路的设计57-58
• 5.5 信号检测电路的设计58-59
• 5.5.1 电压检测电路58-59
• 5.5.2 电流检测电路59
• 5.6 MPPT 算法的软件设计59-60
• 5.7 实验硬件装置60-61
• 5.8 实验结果及分析61-66
• 5.8.1 系统电路的测试及分析61-63
• 5.8.2 Boost 电路实验波形及分析63-64
• 5.8.3 MPPT 实验波形及分析64-66
• 5.9 本章小结66-67
• 第六章 结论67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 攻读学位期间的研究成果73-74
• 致谢74

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