基于MPPT算法的光伏系统充放电控制器的研究及实现

发布时间：2020-09-10 11:11

　　如今能源短缺和环境污染已然变成了当今社会需应对的最主要问题。太阳能作为一种可再生的、绿色无污染的新型能源,拥有巨大的开发潜力和应用价值,得到了各国的广泛关注。但温度、太阳光照等环境因素会严重影响光伏电池的能量输出和利用率,因此,研究具有最大功率点跟踪功能的光伏充放电控制器具有非常重要的意义。分析光伏电池输出特性,以I_(sc),U_(oc),I_m,U_(oc)为参数建立光伏电池在均匀光照条件下的仿真模型,通过仿真曲线和实际测量曲线相比较,误差为4.2%,证明了该模型的有效性。在Matlab上搭建在部分阴影环境下的模型,仿真研究光伏阵列在复杂环境下的输出特性。根据光伏充放电控制器的主要功能,完成系统各个模块的电路设计。主要包括MCU电路、电源电路、电压基准电路、DC/DC电路、MOSFET驱动电路、电压电流采集电路以及输入滤波电路等硬件电路的设计。其中选用Freescale系列高性能芯片MC9S12XET256作为系统的MCU,DC/DC电路由四个MOSFET构成的全桥电路,高频变压器和输出滤波电路构成。设计改进的MPPT算法。依据光伏电池的输出特性,研究常用的MPPT算法的工作原理和优缺点。针对均匀光照条件设计一种利用表达式S(k)将电导增量法和PID控制法相结合的改进型MPPT控制算法。在Matlab上进行仿真并与电导增量法和PID控制法相对比,验证该算法的优势。在阴影条件下光伏电池输出曲线呈现多峰值的特点,为防止系统陷入局部最大值,设计一种先进行部分扫描获取全局峰值的位置,然后依据上面改进控制法进一步精确跟踪的多峰值MPPT算法,并在不同环境下进行仿真分析,表明此算法在复杂环境下也具有良好的跟踪性能。软件部分,采用C语言完成系统软件的设计和开发。主要包括A/D采样程序、带有MPPT控制算法的蓄电池充放电控制程序、PWM程序以及故障显示程序等程序模块。搭建系统测试平台,进行测试。结果表明:本文设计的光伏系统充放电控制器的发电功率能够提高了6.8W,跟踪速度为170ms,实现了对光伏电池最大功率点的跟踪。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM615
【部分图文】：

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图 1-1 独立式光伏发电系统框架图伏电池板是整个系统的能量来源，将接受的太阳光转换成电能。是整个发电系统的控制“大脑”，一方面是对光伏电池板进行控，另一方面是控制蓄电池的充放电使之最优化，从而使蓄电池的。逆变设备的功能是将直流电压逆变为交流电压，提供给交流负是系统的储能设备，是整个系统能量中枢环节。制器是整个系统的核心，其主要工作内容有三个方面：第一，实阵列的最大功率跟踪，提升光伏电池的利用率；第二，实现对蓄控制，延长其使用寿命；第三，对系统的输出能量进行优化和分要研究内容集中在对光伏电池阵列的最大功率点跟踪上。光伏并网发电系统独立式光伏发电系统相比，光伏并网发电系统没有蓄电池，而是的电能，直接经过并网逆变器送入电网。省去蓄电池，避免了电来的能量损耗以及节省了电池所带来的维护费用。以电网作储能

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图 1-2 光伏并网发电系统型光伏发电系统伏发电系统是以光伏发电和非光伏发电相结合作为发电形式相互补充，使得光伏发电系统功能更加完。如图 1-3 所示，与独立光伏发电系统的结构相比，外整合一路柴油发电机组和一路风力发电作为系统系统可以尽最大能力的利用好太阳能和风能，也使境。同时增加一路柴油发电机组作为备用电源，经系统，或者经过旁路线路直接给交流负载供电。系式光伏发电的缺点。

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图 1-2 光伏并网发电系统合型光伏发电系统光伏发电系统是以光伏发电和非光伏发电相结合作为系统种发电形式相互补充，使得光伏发电系统功能更加完善，境。如图 1-3 所示，与独立光伏发电系统的结构相比，此种额外整合一路柴油发电机组和一路风力发电作为系统的供个系统可以尽最大能力的利用好太阳能和风能，也使系统环境。同时增加一路柴油发电机组作为备用电源，经过整流系统，或者经过旁路线路直接给交流负载供电。系统在立式光伏发电的缺点。

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