独立光伏发电系统最大功率点跟踪的研究

发布时间：2021-03-31 17:06

随着经济的发展，对能源的需求越来越大，传统不可再生能源日益枯竭，而且在应用过程中造成严重的环境污染。因此，绿色能源应运而生。光伏发电技术和产业不仅是当今能源的一个重要补充，更具备成为未来主要能源来源的潜力。本文独立以光伏发电系统为研究对象，以最大限度利用太阳能为主要目标，开展独立光伏发电系统最大功率点跟踪控制的理论和仿真研究。光伏阵列输出特性是光伏发电系统研究中的最基本问题。本文在光伏阵列输出特性方程的基础上，运用Matlab/Simulink建立基于M函数的光伏阵列仿真模型，克服了单纯用Simulink元件库建立光伏阵列模型过程复杂的缺点，为实现系统仿真、指导理论研究和系统设计提供了基础保证。最大功率点跟踪(MPPT)方法是光伏发电系统中提高系统效率的重要手段。本文在介绍光伏阵列输出特性及其仿真模型的基础上，建立了以BoIBB变换电路为核心实现独立光伏发电系统MPPT的仿真模型，分析了最大功率点跟踪的方法和原理并介绍了常见MPPT算法。针对传统扰动观察法的存在缺点，提出了一种变步长占空比扰动观察MPPT算法，变步长占空比扰动法与传统扰动法的最小步长相同，，在稳态时两种算法的精度相似，但变步长的占空比扰动观察法在离MPP点较远的场合可以采用较大的步长，在保证算法精度的情况下具有较好的快速性。然后对这种算法运用Matlab/Simulink进行仿真。仿真结果表明：这种变步长扰动观察MPPT算法能够稳定、高效地跟踪光伏阵列最大功率点；同时，在日照强度、环境温度等系统参数扰动的情况下，能快速寻找新的工作点，保持系统稳定，表现出很好的动态特性。在光伏发电系统的设计中，具有重要的理论意义和实用价值。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615

文章目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 概述

1.1.1 能源危机与环境污染

1.1.2 可再生能源的发展利用

1.2 光伏发电的发展

1.2.1 世界光伏发电系统的发展

1.2.2 中国光伏发电系统的发展

1.3 MPPT 的研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 光伏电池的特性和数学模型

2.1 光伏电池的原理和特性

2.1.1 光伏电池的工作原理

2.1.2 光伏电池的输出特性

2.2 光伏电池的数学模型

2.2.1 光伏电池的等效模型

2.2.2 模型的参数求取

2.2.3 光伏电池的仿真模型

2.3 本章小结

3 独立光伏发电系统

3.1 独立光伏发电系统的基本组成

3.2 带 MPPT 功能的光伏发电系统的基本组成

3.3 本章小结

4 DC-DC 变换电路的结构和控制方式

4.1 典型的 DC-DC 变换器

4.1.1 降压式变换器（BUCK CONVERTER）

4.1.2 升压式变换器（BOOST CONVERTER）

4.1.3 升降压式变换器（BUCK-BOOST CONVERTER）

4.1.4 库克式变换器（CUK CONVERTER）

4.2 复合变换电路

4.2.1 级联方式

4.2.2 交错方式

4.2.3 叠加方式

4.2.4 三种方式下个开关管电压应力的比较

4.3 BOIBB 变换器的工作原理及特性

4.3.1 BOIBB 变换器的工作原理

4.3.2 BOIBB 变换器的特性分析

4.4 BOIBB 变换器的控制方式

4.4.1 储能电感的大小

4.4.2 功率传输方式

4.4.3 控制电路的复杂性

4.4.4 BOIBB 变换器的仿真分析

4.5 本章小结

5 最大功率点跟踪控制技术的研究

5.1 最大功率点跟踪的原理

5.2 最大功率点跟踪算法

5.2.1 扰动观察法（P&O）

5.2.2 电导增量法（INC）

5.2.3 扰动观察法与电导增量法的比较

5.3 BOIBB 变换器实现 MPPT 的原理

5.4 仿真分析

5.4.1 占空比扰动观察法的仿真分析

5.4.2 变步长占空比扰动观察法的仿真分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

【参考文献】