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光伏发电系统的最大功率点跟踪方法研究

作　者: 李晓飞
导　师: 冯冬青
学　校: 郑州大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 光伏电池最大功率点跟踪(MPPT) DC/DC变换器模糊控制 MATLAB仿真
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着世界能源的短缺以及环境污染问题的日益严重,新能源的开发愈来愈受到人们的重视。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,以其储量巨大、清洁、无污染等特点受到人们的青睐,太阳能利用技术得以迅速发展,光伏发电成为重要的研究领域,其关键技术的研究对提高光伏发电效率、降低成本具有重要意义。本文针对如何提高太阳能光伏发电系统的转换效率,对太阳能电池、DC/DC部分电路的设计和最大功率点跟踪技术进行了深入研究。其主要内容包括以下几个方面:1.分析人类面临的能源危机与环境污染问题,讨论太阳能光伏发电的优势及其国内外光伏发电的现状。2.研究光伏发电系统的组成,以及根据不同场合需要对太阳能光伏发电系统所进行的分类。3.从研究光伏电池的输出特性出发,根据光伏电池的I-V特性建立了光伏电池阵列的MATLAB仿真模型,分析了太阳辐射强度和温度对光伏电池阵列输出特性的影响。4.详细分析几种常用的DC/DC变换器的拓扑结构及其优缺点,提出利用Boost型DC/DC变换器实现转换,根据系统要求对Boost变换器的参数进行优化设计,并运用MATLAB软件仿真验证其可行性。5.分析最大功率点跟踪原理,比较现有的几种最大功率点跟踪控制算法的优、缺点,设计了一种基于模糊控制的最大功率点跟踪算法。6.分析Boost变换器实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的原理,利用建立的Simulink仿真模型对基于Boost变换器的MPPT算法进行了仿真研究,仿真结果表明基于模糊控制的MPPT算法比其他几种算法具有更好的控制效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-18
  1.1 人类面临的能源危机与环境污染问题  12-13
  1.2 太阳能和光伏发电的优势  13-14
  1.3 光伏发电的发展和现状  14-16
    1.3.1 全球光伏发电的发展和现状  14-15
    1.3.2 国内光伏发电的发展和现状  15-16
  1.4 课题研究目的与主要内容  16-18
2 光伏发电系统概述  18-22
  2.1 光伏发电系统的基本组成  18-19
  2.2 太阳能光伏发电系统的分类  19-21
    2.2.1 独立供电的光伏发电系统  19
    2.2.2 并网光伏发电系统  19-20
    2.2.3 混合型光伏发电系统  20-21
  2.3 带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统  21-22
3 光伏电池的特性研究  22-33
  3.1 光伏电池的工作原理  22
  3.2 光伏电池的分类  22-23
  3.3 光伏电池的数学模型  23-26
    3.3.1 光伏电池的理论模型  23-25
    3.3.2 光伏电池的简化模型  25-26
    3.3.3 光伏电池组件与阵列  26
  3.3 光伏电池的仿真模型  26-30
  3.4 光伏电池特性分析  30-33
    3.4.1 光伏电池输出特性曲线  30-31
    3.4.2 光伏电池特性分析  31-33
4 DC/DC变换器的分析与设计  33-47
  4.1 典型的DC/DC变换器  33-41
    4.1.1 降压式变换器  33-35
    4.1.2 升压式变换器  35-37
    4.1.3 升降压式变换器  37-39
    4.1.4 库克变换器  39-41
  4.2 DC心C变换器的比较选择  41
  4.3 升压变换器Boost电路设计  41-43
    4.3.1 储能电感L的选取  42
    4.3.2 滤波电容C的选取  42-43
    4.3.3 二极管和功率开关管的选取  43
  4.4 升压变换器Boost电路的仿真  43-44
  4.5 DC/DC变换器在光伏发电系统中的功能实现  44-47
5 光伏发电系统最大功率点跟踪算法研究  47-60
  5.1 最大功率点跟踪  47
  5.2 MPPT算法的原理  47-48
  5.3 几种常用的MPPT算法分析与比较  48-53
    5.3.1 恒电压跟踪法  49-50
    5.3.2 功率回授法  50
    5.3.3 扰动观察法  50-52
    5.3.4 电导增量法  52-53
  5.4 基于模糊逻辑控制的MPPT算法  53-60
    5.4.1 模糊逻辑控制的基本原理  53
    5.4.2 选择模糊逻辑控制方案的原因  53-54
    5.4.3 模糊控制在MPPT中的应用  54-55
    5.4.4 确定输入和输出变量  55-57
    5.4.5 建立模糊控制规则  57-58
    5.4.6 模糊输出量的反模糊化  58-60
6 基于Boost变换器的MPPT研究与仿真分析  60-67
  6.1 Boost变换器实现MPPT的原理  60-61
  6.2 基于变换器的MPPT算法仿真  61-67
    6.2.1 扰动观察法仿真  61-63
    6.2.2 电导增量法仿真  63-64
    6.2.3 基于模糊控制的MPPT算法仿真  64-66
    6.2.4 仿真结果比较与分析  66-67
7 总结与展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文情况  73-74
附录2 使用模糊控制实现MPPT的模糊控制规则  74-77

光伏发电系统的最大功率点跟踪方法研究

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