光伏发电系统MPPT技术的研究与实现

【摘要】：在全球能源快速消耗和环境污染日益严重的今天,太阳能因具有可再生和无污染等优点,深受人们的关注,光伏发电作为太阳能一种有效的利用方式,也得到了迅速的发展。根据光伏电池输出特性,光伏电池输出功率受外界环境和负载的影响,为了充分利用太阳能,提高光伏发电系统效率,需要进行最大功率的跟踪。 最大功率点跟踪(MPPT)技术应用主要有三个方面:一是为单独的负载供电时采用MPPT技术;二是利用MPPT技术以最大功率对蓄电池充电;三是光伏并网,利用MPPT技术以最大并网电流对电网馈送能量。针对MPPT技术三个方面应用,本文所做的工作如下: (1)详细介绍了光伏发电系统组成、分类和应用领域,在深入了解光伏电池工作原理的基础之上,研究了光伏电池的等效电路,并根据等效电路建立了光伏电池的数学模型与Matlab仿真模型,并在此基础之上分析了光伏电池的输出特性; (2)介绍了MPPT技术的概念和原理,在分析几种常用的MPPT算法的基础上,对电导增量法做了改进,并提出了一种带功率前馈的非对称变步长电导增量算法;同时介绍了几种实现MPPT算法的典型DC/DC变换电路,并基于Buck电路建立了光伏发电系统Matlab仿真模型,并以此仿真平台验证了变步长电导增量算法,仿真结果表明变步长的MPPT算法能提高系统动态和稳态性能; (3)在分析了蓄电池充电特性与充电方法的基础上,结合光伏电池特性,提出了一种三段式的光伏充电方法;并根据这一充电过程的要求对光伏充电系统的硬件和软件做了详细的设计,建立了光伏充电系统仿真模型和搭建了光伏充电实验平台,并在光伏充电系统上实现了这一充电过程,并对变步长电导增量算法做了验证性分析;实验和仿真结果表明变步长电导增量算法跟踪效果更好。 (4)根据功率变换的级数介绍了光伏并网发电系统的硬件电路,分别建立了单级与双极并网电路仿真模型,并将变步长电导增量算法分别应用到两个仿真模型上,并对仿真结果做了分析,仿真结果表明变步长电导增量算法能提高系统跟踪效率。 【关键词】：太阳能光伏发电 最大功率点跟踪(MPPT) Matlab仿真
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 太阳能应用的背景10
• 1.2 太阳能利用形式与光伏发电的特点10-11
• 1.3 国内外光伏发电的发展现状11-14
• 1.3.1 国外光伏发电的发展现状11-13
• 1.3.2 我国光伏发电的发展现状13-14
• 1.4 MPPT 的研究状况14-16
• 1.4.1 MPPT 在应用方面的研究状况14-15
• 1.4.2 MPPT 在控制理论方面的研究状况15-16
• 1.5 本文研究内容和主要工作16-17
• 第二章 光伏发电系统概述与光伏电池特性17-29
• 2.1 光伏发电系统概述17-20
• 2.1.1 光伏发电系统组成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 光伏电池数学建模20-25
• 2.2.1 光伏电池的工作原理20-21
• 2.2.2 光伏电池等效电路21-22
• 2.2.3 光伏电池数学模型22-24
• 2.2.4 光伏电池Matlab仿真模型24-25
• 2.3 光伏电池的特性分析25-28
• 2.3.1 光伏电池几个重要的技术参数25
• 2.3.2 外界环境变化时光伏电池输出特性25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 MPPT 算法及DC/DC 实现电路的研究29-48
• 3.1 MPPT 的概述29-30
• 3.1.1 MPPT 的概念29
• 3.1.2 MPPT 的原理29-30
• 3.2 几种常用的MPPT 算法分析30-38
• 3.2.1 恒定电压法（CVT）30-31
• 3.2.2 扰动观察法（P&O）31-32
• 3.2.3 电导增量法（INC）32-34
• 3.2.4 模糊控制法34-36
• 3.2.5 本文采用的MPPT 算法36-38
• 3.3 实现MPPT 的DC/DC 变换电路38-42
• 3.3.1 Boost电路38-39
• 3.3.2 Buck电路39-41
• 3.3.3 Boost-Buck电路41
• 3.3.4 Cuk 电路41-42
• 3.4 基于Buck电路的MPPT仿真42-47
• 3.4.1 基于Buck电路的MPPT仿真模型42-43
• 3.4.2 外界环境不变时MPPT 波形分析43-44
• 3.4.3 外界环境变化时MPPT 波形分析44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 光伏充电系统的设计与实现48-63
• 4.1 光伏充电技术48-51
• 4.1.1 蓄电池的充电特性48
• 4.1.2 蓄电池的充电方法48-50
• 4.1.3 本文光伏充电控制方法50-51
• 4.2 光伏充电系统硬件电路设计51-55
• 4.2.1 光伏充电系统硬件电路结构51-52
• 4.2.2 主回路与驱动电路设计52-53
• 4.2.3 控制芯片选取53-54
• 4.2.4 采样电路设计54-55
• 4.3 光伏充电系统软件设计55-58
• 4.3.1 主程序设计56
• 4.3.2 PI调节程序设计56-57
• 4.3.3 MPPT 程序设计57-58
• 4.4 光伏充电仿真与实验58-62
• 4.4.1 光伏充电系统仿真58-60
• 4.4.2 光伏发电系统充电实验60-62
• 4.4.3 光伏充电过程分析62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 MPPT 在光伏并网发电系统中的实现63-71
• 5.1 典型的光伏并网电路63-66
• 5.1.1 单级并网逆变电路63-64
• 5.1.2 两级并网逆变电路64-66
• 5.2 MPPT 在单级并网发电系统中的实现66-68
• 5.3 MPPT 在两级并网发电系统中的实现68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 课题总结71-72
• 6.2 工作展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 附录： 样机实物照片77-79
• 攻硕期间取得的研究成果79-80

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