铁路光伏系统中的最大功率点跟踪控制策略及实现

摘要

近年来,随着我国太阳能光伏发电事业和铁路建设的迅速发展,太阳能光伏发电系统已作为铁路负荷备用电源广泛被应用。太阳能光伏电池的使用,减轻了铁路环网贯通的压力,达到了节约能源的目的。最大功率点跟踪控制器作为铁路光伏并网系统的重要组成部分得到了非常广泛的研究与应用。最大功率点跟踪控制算法的不断改进与研究,提高了太阳能光伏电池的利用效率,并在一定程度上提高了经济效益。
　　论文对太阳能光伏并网系统的特性进行了分析,结合负荷特性,确定本文设计方案为两级式铁路光伏并网发电系统。针对太阳能光伏电池输出功率的非线性的特点,在 MATLAB中搭建了其仿真模型,通过两种方式,得到不同光照强度和温度下太阳能电池输出特性仿真结果。验证了光照强度和温度发生变化对太阳能光伏电池输出特性产生的影响。
　　最大功率点跟踪是提高太阳能光伏发电系统转换效率的不可或缺的部分。本文针对太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪(MPPT)控制算法中应用较多的电导增量(INC)法进行了细致的、详实的剖析和探究。以传统的功率电压斜率(dP/dV)为变步长参考曲线的电导增量法为基础,提出了一种新型变步长的电导增量控制算法,此方法与传统方法的参考曲线选择不一致,选择|dP/dV|/P为变步长参考曲线。首先通过与传统参考曲线进行图形比较,表明新型变步长参考曲线受外界环境的影响更小,然后通过 MATLAB软件进行系统仿真,获得新型变步长电导增量法的最大功率点跟踪曲线。将两种仿真实验结果进行比较,得出该新型改进的控制算法具有超调量小,上升时间短的特点,并且最终可以稳定在最大功率点附近。

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1绪论

1.1课题研究背景及研究意义

1.2光伏发电系统的研究现状

1.3本课题研究主要内容

1.4本章小结

2 太阳能光伏发电系统概述

2.1太阳能光伏发电系统的分类

2.2太阳能光伏并网系统电路拓扑结构分类

2.3本章小结

3太阳能光伏电池输出特性及其仿真

3.1太阳能光伏电池的工作原理

3.2太阳能光伏电池的等效电路

3.3任意光照强度和温度下的太阳能电池工程简化数学模型

3.4本章小结

4最大功率点跟踪的控制方法研究

4.1最大功率点跟踪控制原理

4.2最大功率点跟踪控制常用方法

4.3 新型变步长电导增量法

4.4本章小结

5铁路光伏并网光伏发电系统

5.1铁路光伏发电系统概况

5.2铁路光伏并网系统的设计方案

5.3 铁路光伏并网系统的前级（DC/DC）电路分析与设计

5.4 铁路光伏并网系统的后级(DC/AC)电路分析与设计

5.5 本章小结

6总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表论文情况