太阳能光伏最大功率点跟踪控制技术研究

摘要

随着当今世界能源危机与环境污染问题的日益严重，如何有效解决这两者之间的矛盾，实现能源的可持续发展显得愈发严峻。太阳能作为新能源结构中的重要组成部分，因其储量丰富可再生、清洁环保无污染，也不存在能源短缺的问题，已成为当前研究的热点。然而太阳能电池输出具有非线性，易受外部环境因素的影响，因此对光伏电池进行最大功率点跟踪控制的研究，提高其发电效率显得尤为重要。
　　本文首先介绍了太阳能电池工作原理及工作特性，然后根据其等效电路，利用输出特性方程在 ulinkMatlab/Sim环境下搭建了光伏电池工程用仿真模型，并根据仿真得到的输出特性曲线，对最大功率点的变化规律进行总结。接着对最大功率点跟踪的工作原理及常用算法进行介绍，在传统算法的基础上设计改进算法——模糊逻辑控制算法和自适应扰动控制算法，分别搭建算法仿真模块，仿真结果表明所提出的算法具有更好的动态和稳态特性。最后对最大功率点跟踪控制器进行设计，先对光伏发电系统中几种常用的直流变换器的工作原理进行比较分析，选用Buck-Boost型变换器作为主电路，调压范围广，并对模拟量采集模块、PWM驱动模块、液晶显示模块、远程通信模块等进行硬件设计，使用Altium Design软件绘制控制器的硬件电路，根据提出自适应扰动控制算法利用Keil编程软件编写了相应的控制程序，在上位机上使用Qt Creator软件完成了监测软件的设计，实现远程监测。
　　本文对Matlab环境下搭建的光伏电池仿真模型和算法的设计过程进行了详细介绍，同时也详细介绍了设计的MPPT控制器的硬件电路以及相应的软件程序，设计的控制器既可就地显示光伏系统的运行状态，还可以在上位机上实现远程在线监测。