基于MPPT的独立光伏逆变系统设计

【摘要】：能源为万业之母。随着化石能源的日益减少，开发可再生能源势在必行。而太阳能发电以其零污染、储量大等优点成为新能源研究的热点之一。最大功率点跟踪(Maximum power point tracking简称为MPPT)技术是光伏发电的关键技术之一，这种技术能够最大限度地利用太阳能，从而提高了太阳能转换率，降低了投资成本，提高了投资回收率。当太阳能电池最大限度地对蓄电池充电之后，需要将直流电转换为家用电器所需的220V、50HZ的交流电，因此逆变电源也成为光伏发电技术研究的重要组成部分。 本文以独立式光伏发电系统为研究对象，首先对光伏电池的特性进行简要的分析，然后在MATLAB/SIMUlink中结合光伏电池的特性来建立光伏阵列的仿真模型，接着介绍了逆变电源中的SPWM控制技术的原理和分类等，为后面MPPT的算法仿真及逆变控制提供了理论基础。 对两种MPPT控制算法（占空比扰动法和模糊控制法）进行了研究。仿真结果显示，模糊控制法在环境发生迅速变化时具有更好的动态和稳态性能。针对模糊控制法的不足提出了模糊神经网络法，通过神经网络训练生成模糊推理系统，从而使光伏最大功率点跟踪更具科学性。 本文选择Boost电路作为MPPT系统的主回路，并用MATLAB仿真验证其适用性。然后在PIC16F716中采用MPPT控制算法编程产生不同的PWM波来控制Boost电路的功率开关管的导通与关断。论文主要设计了光伏系统的正弦波逆变器，采用“推挽电路+高频升压+全桥逆变”的设计方案，其中硬件部分分为直流升压环节和逆变环节。软件部分是在PIC16F716中采用面积等效法编程产生SPWM波来驱动场效应管，使逆变电源输出准正弦波。最后对逆变器带负载进行测试，由示波器观察产生的正弦波失真度小，符合实际要求。 【关键词】：太阳能 光伏发电 最大功率点跟踪 逆变电源 模糊控制 SPWM波
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 光伏发电的研究背景10-13
• 1.1.1 世界的能源形势10
• 1.1.2 独立式光伏发电的优点及发展障碍10-11
• 1.1.3 国内外光伏发电的发展现状及前景11-13
• 1.2 独立式光伏发电关键技术的发展概况13-15
• 1.2.1 最大功率点跟踪技术的发展13-14
• 1.2.2 光伏逆变电源技术的发展14-15
• 第二章 光伏发电系统及其逆变电源技术15-25
• 2.1 光伏发电的系统组成15-17
• 2.2 光伏电池特性及 MATLAB 仿真模型17-22
• 2.2.1 光伏电池的基本原理17
• 2.2.2 光伏电池的数学模型和 MATLAB 建模17-22
• 2.3 逆变电源 SPWM 控制技术及其原理22-25
• 2.3.1 SPWM 控制的基本原理22-23
• 2.3.2 单极性和双极性 SPWM 控制技术23-25
• 第三章 MPPT 算法仿真25-46
• 3.1 光伏阵列 MPPT 原理25
• 3.2 DC/DC 变换器25-29
• 3.2.1 典型的 DC/DC 电路25-28
• 3.2.2 Boost 电路设计及仿真28-29
• 3.3 MPPT 控制算法及仿真29-46
• 3.3.1 占空比扰动法31-35
• 3.3.2 模糊控制法35-40
• 3.3.3 模糊控制与神经网络相结合40-46
• 第四章 MPPT 控制系统实现46-52
• 4.1 MPPT 系统结构46-47
• 4.2 控制电路47-49
• 4.2.1 单片机最小系统47-48
• 4.2.2 检测电路48-49
• 4.2.3 PWM 控制输出电路49
• 4.3 软件设计49-52
• 4.3.1 系统软件总体结构49-50
• 4.3.2 关键软件程序编写50-52
• 第五章 逆变器的控制实现52-72
• 5.1 系统结构52
• 5.2 逆变器各部分设计52-64
• 5.2.1 升压环节52-57
• 5.2.2 逆变环节57-62
• 5.2.3 保护电路62-64
• 5.3 逆变器软件设计64-68
• 5.3.1 面积等效法的基本原理64-65
• 5.3.2 基于 PIC16F716 的 SPWM 调制实现65-68
• 5.4 调试及结果分析68-72
• 第六章 结论72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77

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