基于多峰值MPPT控制的光伏发电系统的研究与设计

发布时间：2017-07-17 21:48

  本文关键词：基于多峰值MPPT控制的光伏发电系统的研究与设计

  更多相关文章： 多峰值MPPT 光伏发电 前级系统 三电平Buck-Boost 中点电压平衡 跟踪性能

【摘要】：对最大功率点跟踪控制(MPPT)技术的研究是目前光伏发电系统研究的热点和主要课题。将多峰值MPPT技术应用于光伏发电系统,可以有效地解决不均匀光照条件下光伏阵列较难跟踪实际最大功率点的问题,降低能源损耗,提高光伏发电系统的能源利用率,具有良好的发展前景。课题以独立光伏发电前级系统作为研究内容,采用非隔离型DC/DC变换器作为系统拓扑,并将多电平技术应用于变换器。根据光伏发电系统对变换器输入电压范围的要求,提出将三电平Buck-Boost电路作为变换器拓扑。介绍了变换器的工作原理和纹波特性,进行了电路参数设计,并通过仿真进行验证。仿真结果表明变换器工作正常,具有较高的电压增益,同时在降低电感电流纹波和开关管电压应力方面具有优势。针对变换器可能出现的中点电压不平衡现象,提出了基于脉冲宽度调制的中点电压平衡控制策略,经仿真分析,该策略可以有效维持中点电位平衡。通过理论分析建立光伏电池工程实用模型,分析对比了三种常用单峰自寻优算法的MPP跟踪效果。研究了光伏阵列的输出多峰值现象,提出了任意光照条件下光伏阵列输出特性的数学表达式,并建立了光伏阵列的多峰值仿真模型。对电导增量法进行了改进,在此基础上提出了基于数学模型的多峰值MPPT算法,分别在光照均匀和不均匀条件下对算法的跟踪性能进行仿真,仿真结果表明该算法在任意光照条件下均具有良好的跟踪效果。设计并制作原理样机,对光伏发电前级系统进行实验研究,具体包括：直流变换器功能及效率实验、中点电压调节实验和光伏发电系统多峰值MPPT算法应用实验。实验结果表明基于脉冲宽度调制的中点电压平衡控制策略可以有效进行电压调整,具有较强实用性；基于数学模型的多峰值MPPT算法可以在任意光照条件下实现最大功率点跟踪,跟踪性能良好。
【关键词】：多峰值MPPT 光伏发电 前级系统 三电平Buck-Boost 中点电压平衡 跟踪性能
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题的研究背景和意义11
• 1.2 光伏发电系统简介11-16
• 1.2.1 光伏发电系统结构简介11-13
• 1.2.2 光伏发电系统DC/DC变换器简介13-14
• 1.2.3 光伏发电系统多电平功率变换器研究现状14-16
• 1.3 最大功率点跟踪技术的研究16-19
• 1.3.1 传统MPPT控制技术的研究现状17-18
• 1.3.2 多峰值MPPT控制技术的研究现状18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 2 三电平非隔离型DC/DC变换电路21-39
• 2.1 三电平Buck-Boost电路的提出及原理介绍21-23
• 2.2 三电平Buck-Boost电路参数设计及工作过程分析23-33
• 2.2.1 三电平Buck-Boost电路参数设计23-27
• 2.2.2 三电平Buck-Boost电路工作模式分析27-30
• 2.2.3 三电平Buck-Boost电路的纹波特性30-33
• 2.3 三电平Buck-Boost电路中点不平衡状态分析33-38
• 2.3.1 中点不平衡状态对电路的影响34-35
• 2.3.2 基于脉冲宽度调制的中点电压平衡控制策略的设计35-38
• 2.4 本章小结38-39
• 3 光伏发电系统多峰值MPPT技术的研究39-68
• 3.1 光伏电池的建模与仿真39-46
• 3.1.1 光伏电池工作原理39
• 3.1.2 光伏电池数学模型的建立39-41
• 3.1.3 光伏电池工程模型的建立41-46
• 3.2 几种常用单峰MPPT算法的仿真分析46-52
• 3.2.1 恒电压跟踪法47-49
• 3.2.2 扰动观察法49-50
• 3.2.3 电导增量法50-52
• 3.3 光伏发电系统多峰值MPPT技术的实现52-67
• 3.3.1 光伏发电系统多峰值现象的产生53-55
• 3.3.2 光伏发电系统多峰值模型的建立55-58
• 3.3.3 基于数学模型的多峰值MPPT算法的提出58-62
• 3.3.4 多峰值MPPT算法的仿真分析62-67
• 3.4 本章小结67-68
• 4 光伏发电系统硬件电路设计68-81
• 4.1 光伏发电系统总体结构68
• 4.2 直流变换器设计68-70
• 4.3 DSP控制电路设计70-75
• 4.3.1 TMS320F28335 DSP控制芯片70-71
• 4.3.2 时钟电路设计71
• 4.3.3 电源电路设计71-73
• 4.3.4 复位电路设计73
• 4.3.5 JTAG接口电路设计73-74
• 4.3.6 Boot-select电路设计74-75
• 4.4 隔离驱动电路设计75-76
• 4.5 隔离电源电路设计76-77
• 4.6 隔离采样电路设计77-80
• 4.7 本章小结80-81
• 5 光伏发电系统软件设计81-87
• 5.1 CCS集成开发环境简介81-82
• 5.2 AD采样程序设计82-83
• 5.3 PWM程序设计83-84
• 5.4 多峰值MPPT算法程序设计84-85
• 5.5 中点电压调节程序设计85-86
• 5.6 本章小结86-87
• 6 实验与结果分析87-105
• 6.1 实验环境构建87-90
• 6.2 直流变换器功能实验90-91
• 6.3 直流变换器效率实验91-92
• 6.4 中点电压调节实验92-93
• 6.5 光伏发电系统多峰值MPPT算法应用实验93-103
• 6.6 本章小结103-105
• 7 结论105-106
• 致谢106-107
• 参考文献107-111
• 附录A111-113
• 附录B113-121
• 附录C121

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