论文摘要
随着经济发展,有限的煤、石油、天然气等化石能源已经无法满足人类的发展需要,为了避免能源危机出现,必须大力开发可再生的新能源。太阳能是可再生新能源之一,干净绿色,取之不尽,因此光伏发电也成为科学研究的热点。光伏电池的最大输出功率会随外部环境如光照度、温度变化而变化,而在每一种环境条件下都有唯一最大功率输出点。为了充分利用电池的发电潜能,提高利用率,减少材料、空间等资源浪费,必须在光伏发电系统中加入控制器,对输出进行最大功率点跟踪,使得光伏电池始终处在最大功率输出的状态,无论环境发生怎样的变化。本文将对光伏发电控制器的软件和硬件进行设计,并重点对最大功率跟踪算法进行研究。首先分析光伏发电的基本原理,用Matlab/Simulink软件建立光伏电池仿真模型,绘出电池的输出特性曲线并进行分析。然后对最大功率跟踪常用算法的原理及其优点、缺点进行分析,常用算法包括固定电压法、扰动观测法、增量电导法等。选用固定电压启动结合增量电导法的算法方案,提出跟踪步长与P-U曲线斜率成指数变化关系的步长优化方案,以及跟踪周期与跟踪步长成反比关系的变周期优化方案。为了使算法更适应快速变化的环境,提出三点跟踪优化方案。三点跟踪可以判断环境是否在变化,并在环境变化时避免误判,减少输出波动。为了检验算法的有效性,用Matlab语言结合仿真模型进行编程,对算法进行仿真分析。在仿真时,对新算法和传统算法、优化前后的算法进行比较。仿真结果表明算法有效可行。分析常用的太阳能控制器的电路原理,设计制作硬件电路,搭建150W的光伏发电硬件系统。对提出的新算法进行实验分析,结果表明新算法不但提高了系统最大功率跟踪的速度,也提高了系统的输出稳定性,在环境快速变化时反应灵敏且输出波动小。仿真和实验证明了算法的可行性和实用性,对以后光伏发电控制技术的研究具有参考意义。
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