独立光伏发电系统控制器设计与应用

摘要

当今社会能源危机和环境恶化现象促使人们重新审视能源开发问题，新能源的开发和应用成为世界能源发展的必然趋势。其中太阳能具有资源丰富、无污染等显著的优势，成为最有潜力的新能源之一。我国幅员辽阔，太阳能丰富，在太阳能的开发利用上就有明显优势。现今，随着光伏技术的不断发展，生产成本的不断降低，光伏发电成为太阳能利用的重要手段之一。但是光伏发电系统依然存在一些问题有待解决，能量转化效率需进一步提高，控制方法也需改进和优化。因此，研究光伏发电相关控制问题具有重要意义。
　　本文主要以独立光伏发电系统为研究对象，仿真研究了光伏阵列输出特性，改进了最大功率点跟踪控制算法，对蓄电池的充放电设计了相应的控制算法，并成功应用到实际光伏发电系统中;开发了简单易于实现的独立光伏发电系统，将光伏阵列产生的电能通过相应的控制策略给直流负载供电，并将多余电能储存在封闭式铅酸蓄电池中;通过仿真软件实时监控系统运行状态，可以发现本文设计的光伏系统进一步提高了系统转化效率，能够更有效的利用太阳能。
　　本文首先按照光伏阵列的数学模型，利用MATLAB/Simulink库中的相应模块搭建了光伏阵列仿真模型，分析了光伏阵列输出特性与外界光照强度和温度的关系，为搭建实际系统提供了参考依据。其次，搭建了独立光伏发电系统硬件电路，主要由光伏阵列、buck电路、控制器、储能环节、负载、检测环节等组成。最后，利用dSPACEDS1104实时仿真平台与MATLAB，结合改进的跟踪控制算法，实现了系统的有效控制。在综合实验调试阶段，把检测环节采集到的系统相应电压电流参数作为控制器的输入量，输出量为buck电路占空比。利用dSPACE的实验软件ControlDESK监控系统各个参数，实时显示系统运行状态，调试结果表明本文设计的光伏系统可以稳定有效地运行。
　　本文设计的独立光伏发电系统以实际应用为背景，硬件电路结构简单，易于实现，可直接接入直流负载工作;控制器采用dSPACEDS1104实时仿真平台，可与MATLAB实现无缝连接;通过RTI可将在Simulink中用框图实现的控制算法直接编译成C语言下载到DS1104硬件中，开发流程简单，程序编译和下载方便，可随时对程序参数进行调整改进，有效地缩短了开发周期;光伏发电系统的仿真研究，为实际应用提供理论依据;改进后的变步长干扰观察法可快速有效地跟踪最大功率点，并有效防止在跟踪稳定期内能量的损耗;利用仿真实验软件ControlDESK实时监控系统运行状态。系统能高效稳定运行，取得了较好的研究效果。