基于最大功率跟踪控制的离网型光伏发电系统研制

论文摘要

太阳能具有可持续发展和绿色环保两大优势,利用太阳能资源的发电方式广受世界各国重视。其中,光伏发电随着技术的进步以及成本不断降低,已经具备大规模推广应用的商业价值。为了进一步降低太阳能发电系统的成本,光伏发电系统的优化利用与控制算法研究成为了光伏应用领域的热点课题。本论文在此背景下,对离网型光伏发电系统进行了较为深入的研究,在不调节光伏板对光角度的前提下,以最大限度的利用太阳能,提高蓄电池性能为主要目标,采用TI公司生产的TMS320LF2407A进行控制电路设计,开展了基于最大功率跟踪控制的离网型光伏发电系统的理论和试验研究。论文主要技术内容如下:1、在对光伏发电系统进行全面分析的基础上,对离网型光伏发电系统的进行了整体设计。其中,在对光伏发电系统调研后,给出了系统的设计指标,并根据该设计指标对离网型光伏发电系统进行系统设计。详细介绍了系统主电路各部分的设计思路,叙述了系统的工作过程,并对主电路的电路参数进行了设计。2、分析了太阳能电池的模型、输出特性及最大功率跟踪的理论基础,比较了几种常用的最大功率点跟踪控制方案,针对本文所设计的离网型光伏发电系统提出了改进型控制策略及其实现过程。对改进型最大功率跟踪策略进行了仿真,结果表明,该控制策略在本系统设计的前级BOOST电路中可以有效地跟踪太阳能最大功率点。3、分析了蓄电池的工作原理及常用的控制策略,在此基础上提出了两阶段充电控制算法和恒压放电控制算法。结合所设计的蓄电池充放电电路进行了两阶段充电控制算法和恒压放电控制算法的仿真,结果充分验证了控制算法及电路参数的合理性。4、在上述分析与研究的基础上,根据系统的整体控制方案,给出了系统主电路的实验器件的选择、辅助电路的设计及控制系统软件的设计,研制了一套1kVA的带有MPPT功能的离网型光伏发电系统,并进行了实验研究。试验结果:表明该系统较好的实现了本文提出的控制方案所应完成的各项功能,且控制方案简单可行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的背景及意义
• 1.1.1 全球能源危机与环境问题
• 1.1.2 光伏发电的优势
• 1.2 光伏发电系统的国内外发展概况
• 1.2.1 光伏发电系统的国外发展现状及趋势
• 1.2.2 光伏发电系统的国内发展现状及趋势
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 光伏发电系统的总体方案设计
• 2.1 光伏发电系统的概述
• 2.1.1 光伏系统的分类
• 2.1.2 离网型光伏系统的应用
• 2.2 光伏发电系统的总体设计方案
• 2.2.1 系统技术条件
• 2.2.2 系统总体实现方案
• 2.3 系统主变换电路的原理及设计
• 2.3.1 前级BOOST电路的设计
• 2.3.2 蓄电池充电电路的设计
• 2.3.3 蓄电池放电电路的设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 光伏发电系统最大功率点的跟踪
• 3.1 光伏电池的基本原理和特性
• 3.1.1 光伏电池的原理
• 3.1.2 光伏电池的模型建立与仿真
• 3.2 光伏电池最大功率点跟踪策略
• 3.2.1 恒定电压法
• 3.2.2 扰动观察法
• 3.2.3 电导增量法
• 3.2.4 其他控制策略
• 3.3 改进的最大功率跟踪控制策略
• 3.4 本系统最大功率跟踪的实现
• 3.5 仿真试验及其分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 光伏发电系统蓄电池充放电的控制
• 4.1 蓄电池工作原理及特性
• 4.1.1 蓄电池的基本原理
• 4.1.2 蓄电池的模型建立与仿真
• 4.2 蓄电池充放电控制技术
• 4.2.1 蓄电池充电控制技术
• 4.2.2 蓄电池放电控制技术
• 4.3 光伏发电系统蓄电池充放电的实现
• 4.3.1 光伏发电系统充电算法的实现
• 4.3.2 光伏发电系统放电算法的实现
• 4.4 仿真试验及其分析
• 4.4.1 蓄电池充电仿真实验
• 4.4.2 蓄电池放电仿真实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 光伏发电系统的实现与实验研究
• 5.1 光伏发电系统硬件实现
• 5.1.1 前级BOOST电路的实现
• 5.1.2 蓄电池充放电电路的实现
• 5.1.3 光伏发电系统辅助电路的设计
• 5.2 光伏发电系统软件设计
• 5.2.1 DSP控制芯片的选取
• 5.2.2 系统算法的软件实现
• 5.3 实验结果分析
• 5.3.1 MPPT实验波形记录及分析
• 5.3.2 蓄电池充放电实验波形记录与分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢