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太阳能车光伏发电MPPT算法及控制研究

作　者: 杨军
导　师: 文桂林
学　校: 湖南大学
专　业: 车辆工程
关键词: 太阳能汽车光伏电池最大功率点跟踪控制器库克电路
分类号: U469.721
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着经济的发展，人们对汽车的需求量越来越大，因此汽车所需要的石油等燃料总量也越来越大。然而有限的石油、煤、天然气已经越来越不能满足人们的需求，取而代之的新能源，比如风能、地热能、太阳能逐渐受到人们的重视，对它们的研究力度也逐步加强。本文就是基于这样的背景，对太阳能车进行了设计研究。本文首先对太阳能车电路的总体布置进行了介绍，对太阳能车的各个组成部分进行了选型与设计，着重介绍了光伏电池，分析太阳能电池的发电基本理论，并且运用Matlab/Simulink软件建立光伏电池的仿真模型，绘出太阳能电池的输出特性曲线并且对输出特性曲线进行了分析。接着对光伏发电控制器的硬件和软件分别进行了设计分析，并且着重对最大功率跟踪算法进行研究分析，这也是本文研究的重点内容。分析了最大功率跟踪常用算法的优点、缺点及其原理，常用算法包括固定电压法、扰动观测法、增量电导法等，并提出了结合固定电压法，功率滞环的数值分析方法，并且这种方法不同与其他方法，是基于数学模型的研究。为了检验算法的有效性，用Matlab/Simulink对算法建立仿真模型，继而对算法进行仿真分析。在仿真时，对新算法和传统算法进行比较。仿真结果表明算法有效可行以及新算法的优越性。在验证了算法以后，进行了硬件平台的搭建，把光伏发电控制器一共分成了四个部分，主要包括库克主电路，驱动与检测电路，DSP电路和电源电路，分别介绍了各个电路的作用，为最后的具体实验做准备。最后利用搭建好的硬件平台，对三种经典算法以及提出的新算法进行了实验分析。结果表明新算法由于结合了固定电压法和功率滞环法，不但提高了最大功率输出的稳定性，也提高了追踪最大功率点的速度。仿真和实验都证明了算法的实用性和有效性，对以后太阳能车光伏发电这方面有着参考意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 太阳能电动车的研究目的与意义  10-11
  1.2 太阳能电动车的优越性  11
  1.3 太阳能电动车在国内外发展情况  11-13
  1.4 太阳能电动车技术发展  13-14
  1.5 本文主要研究内容  14-15
  1.6 本章总结  15-16
第2章太阳能车电路  16-27
  2.1 电路系统结构框图  16
  2.2 各个元器件设计选型  16-21
    2.2.1 光伏电池  16-18
    2.2.2 MPPT 控制器  18
    2.2.3 电机  18-19
    2.2.4 蓄电池  19-20
    2.2.5 测电压、转速  20-21
  2.3 光伏电池的特性曲线与模型  21-26
    2.3.1 光伏电池的工作原理  21
    2.3.2 光伏电池的数学模型  21-24
    2.3.3 光伏电池的仿真模型  24-25
    2.3.4 光伏电池的仿真特性曲线  25-26
  2.4 本章总结  26-27
第3章光伏发电最大功率追踪算法  27-39
  3.1 光伏阵列的最大功率点跟踪控制常用方法  27-32
    3.1.1 MPPT 控制基本原理  27
    3.1.2 固定电压法  27-29
    3.1.3 扰动观察法  29-31
    3.1.4 电导增量法  31-32
  3.2 MPPT 算法设计  32-37
    3.2.1 固定电压法启动及第一个功率点的测量  34
    3.2.2 第二个点与第三个点的测量  34-35
    3.2.3 最大功率点的求取与功率滞环  35-37
  3.3 MPPT 控制方法发展方向  37-38
  3.4 本章总结  38-39
第4章最大功率跟踪算法仿真分析  39-46
  4.1 库克电路仿真模型建立  39-40
    4.1.1 仿真参数的设置  39-40
  4.2 固定电压法  40-41
    4.2.1 固定电压法仿真模型  40
    4.2.2 固定电压法仿真结果  40-41
  4.3 扰动法  41-42
    4.3.1 扰动法仿真模型  41
    4.3.2 扰动法仿真结果  41-42
  4.4 增量电导法  42-43
    4.4.1 增量电导法仿真模型  42-43
    4.4.2 增量电导法仿真结果  43
  4.5 数值分析法  43-45
    4.5.1 数值分析法仿真模型  43-44
    4.5.2 数值分析法仿真结果  44-45
  4.6 本章小结  45-46
第5章光伏发电控制器的硬件设计  46-61
  5.1 光伏电池  47
  5.2 电源设计电路  47-49
  5.3 DSP 控制电路  49-50
  5.4 DC-DC 变换电路的介绍  50-51
  5.5 典型的 DC-DC 变换电路  51-56
    5.5.1 降压式变换器  51-52
    5.5.2 升压式变换器  52-54
    5.5.3 升降压式变换器  54-55
    5.5.4 库克式变换器  55-56
  5.6 DC-DC 变换电路设计  56-59
    5.6.1 控制器变换电路的参数设计  56-57
    5.6.2 DC-DC 变换电路图设计  57-59
  5.7 本章总结  59-61
第6章 MPPT 算法实验结果分析  61-69
  6.1 实验参数设置  61
  6.2 实验结果  61-68
    6.2.1 光伏电池的实验特性曲线  62
    6.2.2 固定电压法实验结果  62-64
    6.2.3 扰动法实验结果  64-65
    6.2.4 增量电导法实验结果  65-66
    6.2.5 数值分析法实验结果  66-68
  6.3 本章总结  68-69
结论  69-71
  1.工作总结  69-70
  2.创新点  70
  3.展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74

太阳能车光伏发电MPPT算法及控制研究

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