基于改进型MPPT技术的光伏控制器研究

发布时间：2020-07-10 03:53

【摘要】：在环境污染和能源匮乏的今天,世界各国都在积极关注如何解决环境与经济、经济与能源如何和平发展的问题。作为最具有发展前景的新能源,太阳能无疑成为世界各国当前最主要的研究对象之一。最大功率点跟踪技术(Maximum Power Point Tracking,MPPT)作为提高光伏电池转换效率的核心技术之一,展开对光伏MPPT算法的研究对于光伏利用效率的大幅提升具有至关重要的现实意义。本设计正是基于提升光伏发电利用率的实际问题出发,对基于STM32的MPPT控制器的设计与调试相关问题进行详细研究,利用实验室的光伏发电实验设备对设计的MPPT控制器进行实验验证。论文的主要工作概述如下:(1)基于Boost电路的光伏发电系统仿真模型搭建。深入分析光伏发电系统在当前国内外的发展和研究现状,探究了Buck与Boost电路的基本工作原理,采用Matlab/Simulink仿真环境对光伏电池以及基于Boost电路的光伏发电系统的仿真模型进行系统的搭建;(2)光伏发电MPPT控制策略研究。分析和对比常用的MPPT算法的基本特点,对扰动观察法的改进算法—自适应变步长扰动观察法同传统的扰动观察法展开仿真的对比分析,最终仿真结果表明自适应变步长扰动观察法的功率跟踪速度和精度优于传统的扰动观察法,证明了该改进算法相对于传统扰动观察法的优越性;(3)基于STM32的MPPT控制器设计。微处理器采用STM32,其中硬件设计部分主要包括Boost电路、电源、驱动、电压和电流采样以及温度和光强检测电路,软件设计部分主要包括光伏发电监测平台、控制器的驱动程序。通过对基于改进型MPPT算法的控制器设计与调试,利用实验室的光伏发电实验设备对MPPT控制器的功率跟踪效果进行实验验证,将光伏电池输出参数、光照强度以及温度等数据发送到光伏发电系统的监测平台进行实时显示。最终将MPPT控制器的实测功率与理想功率比较,其实际功率的平均跟踪效率接近达到0.97。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM615;TP273
【图文】：

光伏产业,主要国家,装机容量,光伏发电

河北大学工程硕士学位论文也代表着新能源行业、尤其是光伏这个最具有开发前景的新能源将会发展目标。依据数据预计，在 2020 年我国光伏累计装机量至少达到将会实现从全球光伏发电生产大国到全球光伏发电技术强国的完美阳能光伏发电新增装机容量屡创新高，同美国一起领跑全球光伏发电，如图 1-1 所示。

光伏发电,装置构成

图 2-1 独立的光伏发电装置构成DC/DC 变换电路是用来实现 MPPT 功能的光伏发电系统的核心电路，它可以利用不同占空比的 PWM 信号来调节输出电压和输出功率的高低，在 MPPT 实现中已然得到了广泛的应用。在系统中加入 DC/DC 变换器，可以大幅改善前述 PV 阵列输出的电压不能对负载或蓄电池进行稳定供电的问题。并且，利用 DC/DC 变换器，可以使 PV 阵列输出的电压能够自由的升降，直至满足直流负载的需要。如果是交流负载，还需要DC/AC 逆变器进行直流-交流转换。后面本文将对光伏系统的建模以及 DC/DC 变换电路的工作原理进行深入分析。2.2 光伏电池及工作原理2.2.1 硅型光伏电池在社会经济的发展过程中，人们通常忽略了对能源的节约和环境的保护问题，使经

光伏电池

料性能必须稳定，并且该材料需便于工业化的生产。上几点要求，综合考虑，降低材料成本以及提高工作效率是目前池的紧要问题。实践中目前最理想的光伏电池材料是晶体硅，所的太阳能电池也逐渐被广泛应用。硅型光伏电池的种类除了被和非晶硅薄膜光伏电池之外，人们还研制出了许多硅电池的替代率转化效率较高的单晶和多晶硅光伏电池，是近些年光伏电池材着多元化合物薄膜、聚合物多层修饰电极型以及纳米晶化学太阳替代材料被逐渐开发，这些新型材料的前景也越发广阔，但目前]。伏电池发电原理主流的硅光电池主要是由 P 型半导体与 N 型半导体所衔接而成。

【参考文献】