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电气蓄能系统中BIPV的最大功率点跟踪研究

2020-12-15阅读(360)

电气蓄能系统中BIPV的最大功率点跟踪研究

论文摘要

上世纪70年代两次石油危机以来,世界各国意识到传统化石能源的危机,及其带来的温室效应等环境的污染问题,太阳能等清洁的可再生能源日益受到重视,光伏发电在近年来得到了各国政府的大力支持,取得迅速的发展,光伏建筑一体化（BIPV）技术作为光伏发电的一个重要分支,因为其能有效利用城市的空间进行用于光伏发电,受到了广泛的重视。在发展新能源的同时,节能也是缓解能源危机的一个有效途径。本文根据上述情况,提出了适用于光伏建筑中基于超级电容的电气蓄能系统,该系统通过对电能的管理调度,不仅能高效利用光伏发电等建筑内的分布式发电,同时还能实现再生电能的回收利用,实现建筑节能。本文研究了电气蓄能系统中光伏发电系统的MPPT算法。首先提出了适合于电气蓄能系统的光伏系统电气结构,该结构能减少光伏电池失配现象带来的电能损失以及电能传输损耗。然后在这种结构下研究了光伏发电的MPPT控制算法和DC/DC变换器。在分析了常用的MPPT算法的基础上,选择了扰动观察算法作为本文的基本MPPT算法,提出了扰动观察算法的改进算法。根据电气蓄能系统中DC/DC变换器输出端电压的特点,推导出了直接电流扰动观察算法,简化了扰动观察算法,利用该算法可以省去电压传感器,节约硬件成本。提出了系数变步长扰动观察算法,该算法在跟踪到最大功率点前,逐步增加扰动步长,提高跟踪速度;在接近最大功率点附近后,逐步减小扰动步长,以提高稳定性。提出了环境估测扰动观察算法,该算法通过估测环境改变对输出功率的影响,避免了绕动跟踪过程中误判的发生。并将本文提出的三种改进算法结合起来,得到了改进环境估测系数变步长直接电流扰动观察算法,全面改善了扰动观察算法的性能,使其更加适用于BIPV系统,提高了BIPV系统的效率。对DC/DC变换器进行了硬软件设计:在硬件上采用了Cuk-ZVT-PWM电路,提高开关管的效率;在软件上,根据实际情况设置了变步长的步长上下限,设计了主程序、MPPT程序和PWM发生程序。最后完成了联合调试,进行了实验验证了本文设计的合理性,并测试了试验机器的MPPT效率和变换器效率。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题来源及研究的目的和意义
  • 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
  • 1.2.1 化石能源的缺点和光伏发电的发展
  • 1.2.2 BIPV 技术及其兴起和发展
  • 1.2.3 MPPT 算法研究现状
  • 1.3 本文主要研究内容
  • 第2章 电气蓄能系统总体方案和太阳能电池建模
  • 2.1 电气蓄能系统总体方案设计
  • 2.2 BIPV 系统电气结构及DC/DC 变换器主电路拓扑研究
  • 2.2.1 光伏发电系统分类
  • 2.2.2 BIPV 系统电气结构及DC/DC 变换器主电路拓扑
  • 2.3 太阳能电池建模
  • 2.3.1 太阳能电池的分类
  • 2.3.2 太阳能电池的工作原理
  • 2.3.3 太阳能电池的建模
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 MPPT 算法研究
  • 3.1 最大功率点跟踪概述
  • 3.2 恒定电压算法（CVT）的分析与仿真
  • 3.2.1 恒定电压算法的原理分析
  • 3.2.2 恒定电压算法的仿真
  • 3.2.3 恒定电压算法的优缺点分析
  • 3.3 扰动观察算法（P&O）的分析与仿真
  • 3.3.1 扰动观察算法的原理
  • 3.3.2 扰动观察算法的仿真
  • 3.3.3 扰动观察算法的优缺点分析
  • 3.4 电导增量算法（INC）的分析与仿真
  • 3.4.1 电导增量算法的原理分析
  • 3.4.2 电导增量算法的仿真分析
  • 3.4.3 电导增量算法的优缺点分析
  • 3.5 三种最大功率点跟踪算法的比较仿真分析
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 扰动观察算法的改进研究
  • 4.1 简化的直接电流扰动观察算法
  • 4.1.1 直接电流扰动观察算法的原理
  • 4.1.2 直接电流扰动观察算法的仿真分析
  • 4.2 系数变步长扰动观察算法
  • 4.2.1 系数变步长直接电流扰动观察算法的原理
  • 4.2.2 系数变步长直接电流扰动观察算法的仿真分析
  • 4.3 环境估测扰动观察算法
  • 4.3.1 直接电流扰动观察算法误判的仿真与分析
  • 4.3.2 环境估测扰动观察算法的原理
  • 4.3.3 环境估测扰动观察算法的仿真
  • 4.3.4 环境估测扰动观察算法的改进及仿真研究
  • 4.4 改进环境估测系数变步长直接电流扰动观察算法
  • 4.4.1 改进环境估测与系数变步长扰动观察算法结合的原理
  • 4.4.2 改进环境估测系数变步长直接电流扰动观察算法仿真
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 硬件与软件设计及实验结果
  • 5.1 DC/DC 变换器基本拓扑研究
  • 5.1.1 光伏系统DC/DC 的特点
  • 5.1.2 主电路基本拓扑选择
  • 5.2 零电压转换CUK 电路
  • 5.3 硬件电路设计
  • 5.3.1 主电路参数计算和选择
  • 5.3.2 其他外围电路设计
  • 5.4 软件设计
  • 5.4.1 主程序及A/D 转换程序设计
  • 5.4.2 MPPT 程序设计
  • 5.4.3 PWM 信号发生程序设计
  • 5.5 实验结果及分析
  • 5.5.1 最大功率点跟踪性能测试
  • 5.5.2 实验样机MPPT 效率测试
  • 5.5.3 实验样机效率测试
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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