电气蓄能系统中BIPV的最大功率点跟踪研究

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。