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光伏发电复合型变步长INC最大功率跟踪算法的研究

赫晋  
【摘要】:最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT))控制技术是光伏发电系统中的关键技术之一。太阳能光伏电池的输出特性具有十分明显的非线性特点,易受到光照强度、温度和负载等外界因素的影响,而MPPT控制技术就是根据外界因素来调整光伏电池的输出工作点,使其始终工作在最大功率点附近,从而发挥最大效率。因此,研究和应用MPPT控制技术具有重要的理论意义和实用价值。针对目前MPPT算法存在的一些问题,提出一种基于恒定电压法和变步长电导增量法相结合的复合型变步长电导增量法(以下简称复合型变步长INC算法)对其进行改进。本文研究的主要内容如下:首先,分析了光伏电池的工作原理、等效模型和输出特性;然后,介绍了以Boost为主电路的DC/DC变换器的基本原理和控制技术;并用MATLAB/Simulink仿真软件分别搭建了光伏电池和Boost变换器仿真模型,验证了模型的正确性,然后在两者的基础上搭建了MPPT控制系统的仿真模型。其次,对传统MPPT算法中恒定电压法、扰动观察法和电导增量法以及智能算法中的粒子群算法分别进行了控制机理介绍、优缺点分析和仿真分析;然后分析了常用MPPT算法在最大功率跟踪过程中的能量损失;针对以上MPPT算法的特点以及在跟踪过程中造成的能量损失等问题,提出了一种复合型变步长INC算法,并对该算法进行了详细的理论分析和仿真分析,将复合型变步长INC算法与常用的MPPT算法进行仿真对比,仿真结果表明该算法具有明显的优势。复合型变步长INC算法同时结合了恒定电压法和变步长电导增量法的优点,不仅提高了系统的响应速度和稳态精度,还降低了跟踪过程中的能量损失。最后,本文对光伏MPPT控制系统进行了软硬件设计,搭建了一套以DSP28035为控制核心的光伏MPPT控制系统实验平台,将传统固定步长的电导增量法和复合型变步长INC算法进行了实验对比,实验结果表明复合型变步长INC算法具有良好的性能,验证了该算法的正确性和可行性。论文中搭建的光伏MPPT控制系统平台有助于研究各种MPPT控制算法的性能,具有一定实用价值。


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