光伏电池输出最大功率点跟踪策略研究与设计

摘要

面对资源严重枯竭和环境的日益恶化，人们越来越重视新能源的开发利用。在众多的新能源中，太阳能因其特有的优势成为世界各国发展的重点。光伏发电就是利用太阳能的一种有效方式，它是将太阳能通过光伏电池直接转化为电能。现实生活中，光伏电池的转换效率达不到人们期望的要求，这就需要使光伏电池的输出功率尽可能的保持在最大功率点。因此，人们设计了各式各样的控制器来进行最大功率点追踪。不同的控制器方法各有各的优缺点，参数的选择也会对跟踪速度和跟踪精度产生影响。光伏电池常常又接到并网系统中，此时负载处往往是一个正弦变化的交流电源，这对最大功率点跟踪会产生一定的影响。为此，本文完成电路建模并设计双闭环控制策略克服负载电压扰动实现鲁棒跟踪光伏电池输出最大功率。
　　论文首先简单介绍了光伏电池的工作原理，建立了光伏电池的模型并在仿真软件中进行了仿真，对它的输出特性进行了详细分析。接着简单介绍了光伏发电系统的组成，对选择何种斩波电路进行了讨论，设计了系统中的参数，阐述了最大功率点跟踪原理。然后简单介绍了几种常用的最大功率点跟踪方法，并以扰动观察法为例，详细讨论了参数选择对最大功率点跟踪的影响。现实生活中，光伏电池往往接到并网系统中，此时负载处的电压会变得不稳定，它会以正弦规律波动。这时候，常用的几种最大功率点跟踪方法会变得不太好，这就需要我们采用一种更好的策略来跟踪最大功率点。
　　最后，本文采用了双闭环控制的方法来解决此问题。内环采用了PID控制参考电压，外环进行调节输出。本文对所用的系统应用电路建立了平均值模型。在Simulink中进行仿真，与扰动观察法比较，证明了此方法的优越性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外光伏发电发展状况

1.3 最大功率点跟踪方法的研究现状

1.4 本文的主要工作

2 光伏电池建模及输出特性分析

2.1 光伏电池工作原理

2.2 光伏电池数学模型

2.3 光伏电池仿真模型

2.4 光伏电池输出特性分析

2.5 本章小结

3 光伏发电仿真系统构建

3.1 光伏发电系统组成

3.2 斩波电路分析及选择

3.3 参数设计

3.4 最大功率点跟踪原理

3.5 状态空间方程

3.6 本章小结

4 最大功率点跟踪方法分析

4.1 恒定电压法

4.2 扰动观察法

4.3 电导增量法

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

5 双闭环控制系统设计

5.1 状态平均的概念

5.2 升压变换器动态模型

5.3 系统应用电路建模

5.4 仿真分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

学习经历简介

攻读硕士期间主要成果