光伏发电最大功率跟踪控制方法的研究

【摘要】：随着经济和人口的持续发展，能源问题和环境问题也日益严重，太阳能作为一种新型的绿色能源，以其独特的优势，受到了人们的普遍重视。但是由于光伏发电的高成本、低效率的原因，光伏发电一直得不到普及，因此，针对光伏发电系统的高成本、低效率的问题，采用最大功率跟踪控制方法对光伏发电系统的输出功率跟踪，可以保证光伏发电系统在任何情况下都为最大功率输出，从而达到提高效率，降低成本的目的。 本文以独立型光伏发电系统作为研究对象，对其进行了理论分析和仿真研究。首先，对光伏电池的工作原理进行了详细的分析，在研究光伏电池的等效电路和输出特性的基础上，构建了光伏电池的数学模型；其次，对三种DC-DC转换电路的工作原理进行了详细分析，并通过仿真比较，选定升压型变换电路作为本文的DC-DC转换电路，完成了器件的参数标定；再次，根据最常见的几种最大功率跟踪方法的工作原理及其特性，在扰动观察法的基础上，提出了一种改进型的扰动观察法；最终，构建了光伏电池和光伏发电系统最大功率跟踪的仿真模型，对其在不同外界环境下进行了仿真。 通过对改进型扰动观察法和扰动观察法在外界环境变化情况下的Matlab仿真输出分析比较，证明了改进型扰动观察法切实可行，稳定可靠，相对于扰动观察法在动态特性、稳态特性，以及功率都有所提高。 【关键词】：光伏发电系统 最大功率跟踪 光伏电池 DC-DC转换电路 Matlab仿真
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题研究的目的和意义8-12
• 1.1.1 能源危机与环境问题8-10
• 1.1.2 光伏发电的优缺点10-12
• 1.2 国内外光伏发电发展及研究现状12-15
• 1.2.1 国外光伏发电发展现状12-13
• 1.2.2 国内光伏发电发展现状13-15
• 1.3 本文主要研究内容及结构安排15-17
• 1.3.1 主要研究内容15
• 1.3.2 论文结构安排15-17
• 第2章 光伏发电系统和光伏电池17-30
• 2.1 光伏发电系统概述17-20
• 2.1.1 光伏发电系统的组成17-18
• 2.1.2 光伏发电系统的分类18-20
• 2.1.3 光伏发电的应用20
• 2.2 光伏电池20-29
• 2.2.1 光伏电池的分类20-21
• 2.2.2 光伏电池工作原理21-22
• 2.2.3 光伏电池的等效电路22-23
• 2.2.4 光伏电池的数学模型23-25
• 2.2.5 光伏电池的输出特性25-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 光伏发电系统的 DC-DC 转换电路30-46
• 3.1 DC - DC 转换电路的分类30
• 3.2 三种 DC -DC 转换电路的工作原理30-39
• 3.2.1 降压式转换电路30-33
• 3.2.2 升压式转换电路33-36
• 3.2.3 升降压式转换电路36-39
• 3.3 DC - DC 转换电路的参数选择39-41
• 3.3.1 储能电感 L 的选择39-40
• 3.3.2 滤波电容 C 的选择40
• 3.3.3 整流二极管 D 的选择40-41
• 3.3.4 功率开关管的选择41
• 3.4 三种 DC -DC 转换电路的仿真比较41-45
• 3.4.1 降压式转换电路的仿真41-42
• 3.4.2 升压式转换电路的仿真42-43
• 3.4.3 升降压式转换电路的仿真43-44
• 3.4.4 三种转换电路的比较44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 最大功率跟踪控制的实现方法46-59
• 4.1 最大功率点跟踪的概念46
• 4.2 最大功率点跟踪的原理46-48
• 4.3 MPPT 控制方法的分类48-49
• 4.4 常用最大功率跟踪控制方法的比较和分析49-57
• 4.4.1 恒定电压法49-51
• 4.4.2 扰动观察法51-53
• 4.4.3 电导增量法53-55
• 4.4.4 模糊逻辑控制法55-57
• 4.5 改进型扰动观察法57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 最大功率跟踪控制方法的实现与分析59-70
• 5.1 Matlab/Simulink 的介绍59
• 5.2 光伏电池仿真模型和光伏发电系统 MPPT 仿真模型59-61
• 5.3 扰动观察法和改进型扰动观察法的仿真61-69
• 5.3.1 扰动观察法的仿真输出61-65
• 5.3.2 改进型扰动观察法的仿真输出65-68
• 5.3.3 扰动观察法和改进型扰动观察法仿真结果的比较和分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 总结和展望70-72
• 6.1 工作总结70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士期间发表的论文75-76
• 致谢76-77

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