基于最大功率点跟踪控制算法的光伏充电系统设计及开发

发布时间：2017-03-23 14:21

  本文关键词：基于最大功率点跟踪控制算法的光伏充电系统设计及开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着全球经济的进一步发展,人类对于能源的需求越来越大。而以煤、石油为代表的化石能源储量有限,在可预见的未来即将用尽,且随着人们对于居住环境的要求日益提高,传统的化石能源对于环境的严重污染也是越来越不被认可。因此开发一些可持续的绿色能源意义重大,太阳能作为一种可持续利用的清洁绿色能源,是传统化石能源非常好的的替代能源。太阳能因其分布极其广泛,储量十分巨大,已经引起了世界各国的重视,并投入了大量的资金和人力来开发太阳能利用技术,其中以光伏发电技术为研究重点。光伏发电作为一种环境友好并能有效提高生活标准的新型发电方式,拥有发电规模大小随意、建设时间较短、维护简单、零排放无污染等诸多优点,得到了各国政府的大力支持,并在全球范围内得到快速推广。在光伏发电系统中,光伏充电控制器是重要的组成部分,已成为目前光伏研究的热点之一。光伏电池输出受到光照条件和环境温度的影响,具有非常复杂的非线性。故在光伏发电的过程中,需要控制器来追踪其最大功率输出点,提高光伏电池的充电效率,降低发电成本。本文设计了一款基于STM32的光伏充电控制器,带有最大功率点追踪功能,同时为了符合蓄电池的充电特性,采用了智能化充电方式,延长蓄电池的使用寿命。本文的主要研究内容如下:1.研究了光伏充电控制器以及蓄电池充电算法的国内外研究现状以及发展趋势,并分析了光伏电池的等效电路,建立了数学模型,在MATLAB中Simulink的平台上进行建模仿真,分析了光伏电池的输出特性和光照强度、温度等因素之间的关系。2.对光伏充电控制器的硬件系统和软件系统进行了总体功能设计,分别阐述了硬件系统和软件系统的总体设计方案,分析了几种MPPT常见的算法,并在扰动观察法的基础上提出了一种基于变步长的改进型的扰动观察法。同时,在整个充电环节,设计了基于四阶段的智能充电算法,其充电过程分为预充电、最大功率充电、过充电以及浮充电四个阶段。3.对光伏充电控制器的硬件设计部分进行了详细介绍,分析了主电路的拓扑结构以及主要元器件的选型,对电源电路、MOS管驱动电路、电压电流采样电路、保护电路等,均作了详细介绍。4.对光伏充电控制器的软件设计部分进行了详细介绍,主要分为上下位机两部分进行了介绍,下位机软件部分是基于STM32开发的控制程序,包括充电控制程序,电压电流采样程序、基于改进型的扰动观察法实现程序、PID控制程序、GPU串口屏显示程序等;上位机软件是基于C#开发的数据采集程序,主要是在样机调试的过程中收集一些相关参数,与下位机通过串口实现通讯。最后,基于STM32设计出的样机为平台,进行了相关试验研究。对改进后的MPPT算法和智能充电控制策略进行试验分析,试验结果表明,改进后的算法不仅可以快速追踪到最大功率输出点,而且在其附近的振荡幅值较小,大大减小了光伏电池的输出损耗,达到了预期的设计目的。
【关键词】：光伏电池 充电 最大功率点跟踪(MPPT) 扰动观察
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.1.1 环境与能源问题11
• 1.1.2 太阳能的优势11-12
• 1.2 光伏充电控制器的研究现状12-14
• 1.3 课题研究的目的和意义14
• 1.4 本论文研究的主要内容以及章节安排14-16
• 第二章 独立光伏发电系统概述及光伏电池特性分析16-25
• 2.1 独立光伏发电系统概述16-17
• 2.1.1 独立光伏发电系统的工作原理16
• 2.1.2 独立光伏发电系统的基本组成16-17
• 2.2 光伏电池数学建模及MATLAB仿真17-25
• 2.2.1 光伏电池数学建模17-20
• 2.2.2 光伏电池MATLAB仿真分析20-25
• 第三章 太阳能充电控制器的硬件设计25-39
• 3.1 太阳能充电控制器硬件总体设计25-26
• 3.2 主电路拓扑结构设计26-29
• 3.2.1 降压式DC/DC电路26-27
• 3.2.2 升压式DC/DC电路27-28
• 3.2.3 升降压式DC/DC电路28-29
• 3.3 BUCK电路分析29-31
• 3.4 主控电路设计31-33
• 3.5 电源电路设计33-34
• 3.6 MOS管驱动电路设计34
• 3.7 采样电路设计34-35
• 3.8 其它电路设计35-39
• 3.8.1 过压过流保护电路设计35-36
• 3.8.2 显示、报警以及温度采集电路接口设计36-39
• 第四章 光伏阵列最大功率点跟踪算法研究39-46
• 4.1 MPPT简述39-40
• 4.1.1 MPPT的概念39
• 4.1.2 MPPT的原理39-40
• 4.2 MPPT常用算法及改进算法40-46
• 4.2.1 开路电压比率法41
• 4.2.2 电导增量法41-43
• 4.2.3 改进型干扰观察法43-46
• 第五章 太阳能充电控制器的软件设计46-60
• 5.1 太阳能充电控制器下位机软件设计46-57
• 5.1.1 下位机软件系统方案设计46
• 5.1.2 外设初始化46-49
• 5.1.3 充电控制程序49-54
• 5.1.4 电压电流采样程序54-55
• 5.1.5 GPU串口屏控制程序55-57
• 5.2 上位机数据采集存储系统设计57-60
• 5.2.1 上位机数据采集存储系统功能设计57
• 5.2.2 上位机数据采集存储系统界面介绍57-60
• 第六章 太阳能充电控制器试验结果及分析60-64
• 6.1 太阳能充电控制器试验电路及实物图60
• 6.2 基于最大功率点追踪算法的充电试验结果分析60-64
• 6.2.1 充电控制器功率开关管驱动波形60-61
• 6.2.2 充电试验结果分析61-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 全文总结64-65
• 7.2 研究展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 附录:攻读硕士学位期间主要学术成果70

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3 孙亚宁;;独立光伏发电系统最大功率点跟踪控制[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会（CSAE 2009）论文集[C];2009年

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