基于SEPIC电路的光伏系统MPPT控制算法研究

发布时间：2017-09-04 08:26

  本文关键词：基于SEPIC电路的光伏系统MPPT控制算法研究

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【摘要】：光伏发电是对太阳能利用的有效方式之一,通过光伏电池将太阳能转换为电能。光伏电池的输出功率易受外界环境的影响,在不同工作环境下,光伏电池的输出功率是不同的,但是都存在唯一的最大功率点。因此,为了提高光伏发电系统的效率,进行最大功率点跟踪是必不可少的。本文把光伏发电系统作为研究对象,以获得光照和负载变化下光伏电池的最大输出功率为研究目标,进行以下几方面的工作：(1)分析光伏电池的工作原理,讨论光伏电池的数学建模以及光伏电池输出特性的工程计算方法,根据此工程计算方法在仿真平台Matlab中搭建光伏电池的仿真模型,进一步研究光照温度等外界因素对光伏电池输出特性的影响。(2)详细介绍了目前常见的几种MPPT算法的工作原理以及各自的优缺点,包括固定电压法、扰动观察法、电导增量法等。在分析MPPT算法的基础上,提出直接通过调整SEPIC电路开关器件占空比来达到跟踪最大功率点的目的,去掉了传统MPPT算法控制中的PI控制环节。基于SEPIC电路在Matlab仿真平台中搭建光伏发电系统仿真模型,并对扰动观察法以及扰动观察法结合固定电压法的跟踪性能进行仿真。(3)光照和负载发生变化时,都会影响光伏电池的工作点,传统的MPPT算法针对光照或负载变化时的跟踪性能并不理想。本文在传统电导增量法的基础上提出了一种改进的电导增量法,详细分析了改进电导增量法的工作原理,设计了算法流程图。在Matlab仿真平台中搭建了带MPPT控制器的光伏发电系统仿真模型,MPPT控制器分别采用改进电导增量法和占空比直接控制的定步长电导增量法、变步长电导增量法。分别改变光照和负载,得到不同MPPT算法下的仿真结果。从动态性能和稳态性能两个方面来分析三种不同算法下的仿真结果,验证了改进后的电导增量法相比于其他两种算法,对光照和负载变化的响应速度更快,缩短了跟踪时间,减轻了系统的功率振荡,提高了系统的稳定性。
【关键词】：光伏系统 SEPIC电路 MPPT 改进电导增量法
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 课题研究背景与意义16-17
• 1.2 全球光伏产业发展现状及国内光伏概况17-19
• 1.2.1 世界光伏产业发展现状17-18
• 1.2.2 国内光伏产业发展现状18-19
• 1.3 最大功率点跟踪技术研究现状19-21
• 1.4 本文的研究内容及章节安排21-23
• 第二章 光伏电池建模及输出特性研究23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 光伏电池工作原理23-24
• 2.2.1 PN结23-24
• 2.2.2 光伏电池工作原理24
• 2.3 光伏电池建模24-27
• 2.3.1 光伏电池的数学模型24-25
• 2.3.2 光伏电池输出特性的工程计算方法25-27
• 2.4 光伏电池仿真模型的建立和验证27-30
• 2.4.1 光伏电池在Matlab中的建模27
• 2.4.2 光伏电池输出特性仿真结果分析27-30
• 2.5 光伏发电DC/DC变换电路30-34
• 2.5.1 DC/DC变换电路拓扑选择31
• 2.5.2 SEPIC变换电路工作模态分析31-32
• 2.5.3 SEPIC变换电路参数计算32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 光伏MPPT控制算法研究35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 MPPT工作原理35-36
• 3.3 MPPT控制算法介绍36-42
• 3.3.1 固定电压法36
• 3.3.2 扰动观察法36-38
• 3.3.3 电导增量法38-40
• 3.3.4 扰动观察法结合固定电压法40-42
• 3.4 MPPT算法仿真分析42-45
• 3.4.1 扰动观察法的仿真43
• 3.4.2 扰动观察法结合固定电压法的仿真43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 占空比直接控制的电导增量法的研究和实现46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 占空比直接控制的定步长电导增量法47-50
• 4.2.1 算法设计流程47-48
• 4.2.2 占空比直接控制的定步长电导增量法仿真分析48-50
• 4.3 占空比直接控制的变步长电导增量法50-55
• 4.3.1 算法设计流程50-52
• 4.3.2 占空比直接控制的变步长电导增量法仿真分析52-55
• 4.4 定步长与变步长算法仿真结果对比55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 改进电导增量法的研究和实现58-82
• 5.1 引言58
• 5.2 改进电导增量法的工作原理58-66
• 5.2.1 基于SEPIC电路的光伏系统特性58-61
• 5.2.2 改进电导增量法工作原理分析61-66
• 5.3 改进电导增量法的设计流程66-68
• 5.4 改进电导增量法仿真分析68-81
• 5.4.1 光照变化下三种控制算法的仿真分析68-77
• 5.4.2 负载变化下两种控制算法的仿真分析77-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 总结和展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况88

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本文编号：790413