光伏发电系统中最大功率点跟踪方法的研究

论文摘要

太阳能作为一种无污染的绿色能源,替代传统能源,具有不可比拟的优势,近年来在国内外成为了研究热点,我国在新能源方面的发展也很迅速。独立光伏发电对于偏远无电地区有着重要的实用价值,由于光伏发电主要受光伏电池高昂的价格和较低的转换效率所制约,所以光伏系统中的最大功率点跟踪的研究就显得尤为重要。本文主要针对光伏发电系统中最大功率点跟踪的方法进行研究。DC/DC部分除了实现电能变换的作用,还要实现最大功率点跟踪（MPPT）,以提高光伏电池的光电转换效率。本文在分析比较传统的定电压法（CVT）、扰动观察法（Perturbation & Observation）、导纳增量法（IncCond）和变步长导纳增量法的基础上,对变步长导纳增量法进行了改进。在启动阶段采用恒定电压法,当工作电压大于0.78倍的开路电压（近似对应最大功率）时,再采用变步长的导纳增量法。这样既改善了启动特性,又提高了跟踪精度。本文的DC/DC变换器采用了Boost电路；总结了系统中的常用拓扑及其使用范围：探讨了采用软开关的必要性；分析了ZVT-PWM Boost电路,并对升压型零电压转换变换电路进行了深入的研究；对电路中的升压电感、输出滤波电容等参数进行了设计,采用了软开关技术以降低开关损耗,同时还设计了检测和保护电路。本文还搭建了光伏系统最大功率点跟踪的实验电路,并在相同外界环境下,分别采用扰动观察法和变步长导纳增量法进行跟踪实验。实验结果表明,两种方法都实现了跟踪控制。但变步长导纳增量法的跟踪效果明显优于扰动观察法的跟踪效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 背景及研究现状
• 1.1.1 光伏发电背景
• 1.1.2 光伏发电国外研究情况
• 1.1.3 光伏发电国内研究情况
• 1.2 光伏发电系统基本组成
• 1.3 本文所做的工作
• 2 光伏系统最大功率点跟踪相关理论
• 2.1 光伏电池原理
• 2.1.1 光伏电池等效电路模型
• 2.1.2 光伏电池外特性
• 2.2 光伏电池的最大功率点跟踪原理及其实现
• 2.3 最大功率跟踪方法研究
• 2.3.1 恒定电压法（CVT）
• 2.3.2 扰动观察法（P&O）
• 2.3.3 导纳增量法（IncCond）
• 2.3.4 变步长导纳增量法
• 2.3.5 改进的变步长导纳增量法
• 2.4 本章小结
• 3 光伏系统最大功率点跟踪仿真分析
• 3.1 PSIM仿真软件介绍
• 3.2 光伏电池特性仿真
• 3.3 MPPT仿真比较分析
• 3.4 本章小结
• 4 光伏系统最大功率点跟踪实验电路与软件实现
• 4.1 DC/DC转换电路的研究
• 4.1.1 升压（Boost）式转换电路
• 4.1.2 降压（Buck）式转换电路
• 4.2 PWM软开关技术
• 4.2.1 软开关概述
• 4.2.2 零电压转换变换器
• 4.3 主电路设计
• 4.3.1 Boost主电路参数选择
• 4.3.2 ZVT-PWM Boost与Boost电路的仿真比较
• 4.4 驱动及检测电路设计
• 4.4.1 MOSFET驱动电路设计
• 4.4.2 信号检测电路设计
• 4.5 系统软件设计
• 4.5.1 主控芯片介绍
• 4.5.2 最大功率点跟踪（MPPT）算法的软件设计
• 4.6 本章小结
• 5 实验结果及分析
• 5.1 Boost电路实验波形及分析
• 5.2 ZVT-PWM Boost电路实验波形及分析
• 5.3 MPPT实验波形及分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在校期间所发表论文