光伏系统在复杂条件下的MPPT算法研究及DSP实现

论文摘要

随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，开发利用绿色的太阳能能源势在必行，其中太阳能光伏利用则是应用最广泛的。但是在光伏利用系统中局部遮阴或光照不均等现象普遍存在，由此造成的阵列失配现象不仅会影响光伏系统的功率输出，造成安全和可靠性问题，而且使得常规MPPT（Maximum Power Point Tracking,MPPT）算法在这种情况下失效，由此极大的降低了光伏系统的能量转换效率。本文就是在此背景下，对光伏阵列在复杂条件下的P-V特性进行了较为深入的研究分析，并在此基础上设计实现一种新颖MPPT算法以弥补传统MPPT算法的缺陷，该研究具有重要的现实意义及实际的工程应用价值。首先，本文对几种传统MPPT控制算法进行了研究、分析和比较，总结出这些算法存在的共同缺点是无法适应光伏阵列P-V曲线呈现多峰的情况，由此引出新颖MPPT算法研究的必要性。对光伏阵列在各种复杂条件下进行了人工遮挡实验，观察所得大量数据后发现5条重要规律，它是新颖MPPT算法实现的基础。其次，根据系统设计要求给出了本系统总体设计方案，并详细介绍了硬件、软件设计方案。再次，依据硬件设计方案搭建硬件电路。硬件电路设计采用TI公司的DSP TMS320F28027作为主控芯片，设计光伏阵列的电压、电流采集及信号处理电路，并根据MPPT控制算法输出PWM信号，再经隔离、驱动电路放大后驱动DC/DC电路功率管的通与断。由PWM占空比的不断变化动态的调整了光伏阵列的等效负载阻抗，从而达到最大功率点追踪的目的。随后，基于CCS开发环境，编程实现新颖MPPT算法，该算法主要由主程序、AD采样子程序、改进扰动观察法子程序、全局峰点追踪子程序及定时中断子程序等五部分组成。最后，分别对各个模块电路及新颖MPPT算法进行测试，并给出必要的测试结果图。测试结果表明，硬件、软件算法都满足设计要求，而且新颖MPPT算法较传统MPPT算法能够更正确、快速的追踪到光伏系统在复杂条件下的全局最大功率点，这对以后光伏系统控制算法的进一步研究具有很大的技术参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 光伏发电系统发展现状及发展趋势
• 1.2.1 光伏系统国内外发展现状
• 1.2.2 MPPT 控制算法研究现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第二章 MPPT 算法的研究
• 2.1 光伏电池特性分析
• 2.2 MPPT 算法原理
• 2.3 传统 MPPT 算法的分析
• 2.3.1 定电压跟踪法
• 2.3.2 扰动观察法
• 2.3.3 电导增量法
• 2.3.4 几种算法的分析
• 2.4 新颖 MPPT 算法的研究实验
• 2.4.1 复杂条件下光伏阵列实验
• 2.4.2 重要规律
• 2.5 小结
• 第三章 系统总体方案设计分析
• 3.1 系统总体功能要求
• 3.2 DSP 控制芯片的选取
• 3.3 MPPT 模块的设计分析
• 3.3.1 DC/DC 电路的选取
• 3.3.2 采集模块的设计分析
• 3.4 新颖 MPPT 软件算法设计方案
• 3.4.1 软件开发平台
• 3.4.2 算法设计方案
• 3.5 小结
• 第四章 系统硬件设计实现
• 4.1 系统硬件电路组成
• 4.2 DSP 最小系统
• 4.2.1 TMS320F28027 处理器
• 4.2.2 JTAG 口
• 4.2.3 复位与供电电路
• 4.3 MPPT 模块电路
• 4.3.1 DC/DC 电路
• 4.3.2 采样电路
• 4.3.3 信号处理电路
• 4.4 隔离电路
• 4.5 驱动电路
• 4.6 小结
• 第五章 系统软件设计实现
• 5.1 系统软件设计思路
• 5.2 主程序
• 5.3 新颖 MPPT 程序设计及实现
• 5.3.1 AD 采样程序
• 5.3.2 改进的扰动观察法子程序
• 5.3.3 全局峰点追踪子程序
• 5.3.4 定时器中断程序
• 5.4 小结
• 第六章 系统测试
• 6.1 测试仪器
• 6.2 各模块电路测试
• 6.2.1 DC/DC 电路测试
• 6.2.2 采样及信号处理电路测试
• 6.3 新颖 MPPT 算法测试
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 课题的总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 在校期间发表论文
• 致谢