光伏发电系统最大功率点追踪算法研究

发布时间：2020-10-23 19:04

　　 随着能源危机愈加严重,可再生能源自然而然的引起了人们的关注,如何更好的发展可再生能源也成为了全球的课题。太阳能作为可再生能源之一因其具有清洁、储量巨大等优点而倍受青睐。光伏发电作为太阳能资源利用的主要形式之一具有取之不尽用之不竭、无需运输、可就地取材等优点,但光伏电池电压、电流曲线具有非线性且时刻随着光照、环境温度等外界环境的变化而变化,因此如何快速、准确的追踪到光伏曲线的最大功率点是个亟待解决的问题。最大功率追踪作为提高光伏电池转换率必不可少的部分,对整个光伏系统起着至关重要的作用。本文以最大限度利用太阳能资源为目标,研究了独立光伏发电系统最大功率追踪算法。首先详细介绍光伏发电系统的主要组成部分及分类,分析光伏电池工作原理,建立光伏电池等效工程数学模型及其等效电路,分析其输出特性及数学解析表达式。其次对DC/DC拓扑结构进行分析,对boost、buck、buck/boost、cuk四种常用的斩波电路的原理进行详细分析,并对相关公式进行了推导。对MPPT经典控制算法进行了介绍,在对最大功率跟踪原理分析的基础上,对恒定电压法、扰动观察法、电导增量法和模糊控制法、滑模控制法等五种经典算法进行理论推导和分析,同时对电流扫描法、波动控制法、负载电流/电压最大法、滞环比较法等其他MPPT算法进行简要介绍,在此基础上提出本文所用的基于拉格朗日线性插值功率预测的α算法,基于此算法对系统的软硬件部分进行设计,通过TMS320F28335 DSP对MPPT系统的相关软件部分进行设计,其中包括主程序的设计以及三个中断程序的设计,分别是保护中断子程序、A/D中断子程序和MPPT中断子程序。基于DC/DC变换电路部分的硬件设计,包括主电路的设计、驱动电路的设计、光伏电池输出电压、电流采样电路的设计和AD保护电路的设计以及对电感、电容、电阻负载、MOSFET开关管等参数的选型和计算。最后通过MATLAB/SIMULINK仿真平台将本文算法与相关传统算法进行对比验证本文算法的优越性,搭建实验平台,计算实验参数和设计实验方案,并通过实验验证本文提出算法的优越性。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM615
【部分图文】：

工程硕士学位论文强度对开路电压影响甚微。环境温度主要影响开路电压，当光照强度越高开路电压越小，与温度呈反比趋势，功率也越小；温度低时，功率也相应增大，而光照强度对短路电流影响甚微。光伏电池的统进行最大功率点跟踪控制的理论依据。??１０?！?＇?１?１—２＝°

制（ＰＷＭ）发生器产生脉冲宽度调制（ＰＷＭ）波。而以占空比为扰动量的爬山法直接??经脉冲宽度调制发生器产生脉冲宽度调制（ＰＷＭ）波从而实现最大功率追踪。??扰动观察法的流程图如图３．３所示，其具体原理为：当光伏阵列运行在给定??工作点电压［／＾时，采样其电压、电流值计算此控制周期的功率并在下一个控制??周期使光伏阵列运行电压在给定电压ｔ／ｒｅ／的基础之上增加或减少一个步长??即为扰动量，Ａｔ／可为固定值也可为变化值，若ＡＣ／为固定值则为定步长??扰动，若ＡＣ７为变化值则为变步长扰动。采样扰动后控制周期的电压和电流值，??并计算其功率，并与扰动前控制周期的功率值相比较，若大于扰动前功率值则沿??此方向继续扰动；反之向相反的方向扰动。通过扰动量增减不停的扰动使得光伏??阵列工作点最终向最大功率点靠近，但由于外界温度、光照等环境因素的变化导??致参考电压的变化从而使系统无法稳定在最大功率点，出现在最大功率点来回振??荡的情况，造成功率的损失和振荡的出现。且在光照强度发生快速变化时，导致??误判的发生使得判断得到错误的跟踪方向。???］［???采样Ｕ（ｋ）、Ｉ（ｋ）???；ｒ???计算?Ｐ（ｋＨＪ（ｋ）＊ｌ（ｋ）??Ｙ?Ｎ??ｒ??＜＞ｋ）＾Ｐ（ｋ－ｉ）ｐ＊?ｎ??Ｕｉｅｆ＝Ｕｉｅｆ＋?ＡＴＴ?Ｕｒｅ＾Ｕｒｅｆ－ＡＵ?Ｕｒｅｆ＾Ｕｒｅｆ＋ＡＵ??图３．３扰动观察法算法流程图??扰动观察法具有原理简单、易于实现等优点

管的反向饱和电流，ｑ是电子电荷（１．６０２ｘ１（Ｔｉ９Ｃ），Ａ是玻尔兹曼常数（１．３８ｘｌ〇＿２３Ｊ／／：），Ｔ（Ｋｅｌｖｉｎ温度）是ＰＮ结照和温度下的Ｖ－Ｉ曲线和Ｐ－Ｉ曲线可得，最大功率点处的将式（４．９）代入式（４．６），式（４．６）可简化为：??＾?＝?Ｃ／ｍ，?＾?１?ＸＲＳ＝０召＝」一ＡｋＴ??小，忽略其值则式（４．１０）可简化为：??［／?＝?１?上?＾?Ｂ（Ｉｐｈ－ＩＰＶ＋Ｉ０）??￣ＢＵ￣?＋?Ｉｐｒ?＝Ｉ〇?＋?ＩＰｈ?＝ａ的左边为ａ，相比于直接追踪功率，追踪《具有与占空３００＂?＇?’：?；?：??１０００Ｗ／ｍａｎｄＴ＝２５°Ｃ??
【参考文献】

相关期刊论文 前7条

1 刘美;;一种MPPT控制方法的应用与仿真研究[J];电力电子技术;2012年06期

2 董建怀;;电流传感器ACS712的原理与应用[J];中国科技信息;2010年05期

3 任碧莹;钟彦儒;孙向东;同向前;;基于模糊控制的最大功率点跟踪方法研究[J];电力电子技术;2008年11期

4 周林;武剑;栗秋华;郭珂;;光伏阵列最大功率点跟踪控制方法综述[J];高电压技术;2008年06期

5 李晶;窦伟;徐正国;彭燕昌;许洪华;;光伏发电系统中最大功率点跟踪算法的研究[J];太阳能学报;2007年03期

6 傅诚;陈鸣;沈玉樑;余世杰;;基于输出参数的光伏电池最大功率点控制[J];电工技术学报;2007年02期

7 马胜红 ,赵玉文 ,王斯成 ,孔力 ,李安定 ,朱瑞兆 ,胡学浩 ,张正敏 ,白建华;光伏发电在我国电力能源结构中的战略地位和未来发展方向[J];电器工业;2005年06期

相关硕士学位论文 前9条

1 周东宝;光伏发电系统改进型变步长MPPT控制研究[D];华南理工大学;2016年

2 陈宁宁;光伏并网逆变器多峰最大功率跟踪的研究[D];南京理工大学;2014年

3 陈坤;光伏发电系统MPPT控制算法研究[D];重庆大学;2013年

4 李鑫;光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法的研究[D];湖南大学;2011年

5 陈爱龙;光伏发电系统MPPT技术的研究与实现[D];电子科技大学;2011年

6 陈亚峰;模糊控制在光伏最大功率追踪预测中的应用与研究[D];苏州大学;2010年

7 陈欢;光伏并网系统最大功率点跟踪能量损失研究[D];合肥工业大学;2010年

8 王厦楠;独立光伏发电系统及其MPPT的研究[D];南京航空航天大学;2008年

9 杨成林;三相逆变器DSP控制技术的研究[D];浙江大学;2004年

本文编号：2853423