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光伏发电系统最大功率点跟踪的算法研究与系统设计

张欢欢  
【摘要】:随着当今世界能源短缺与环境污染问题的日益严重,可再生的能源与可持续的发展越来越多地受到人们的重视。风能、核能、生物质能、潮汐能、太阳能等成为了新能源的主要开发与利用对象。其中,太阳能成为了当今可再生能源中的重要研究对象,其清洁环保,无任何污染,利用价值高;太阳能更没有能源短缺的问题存在,其种种优点决定了其在能源更替中不可取代的地位。但是,环境条件的变化对太阳能发电转换效率的影响非常大,因此,提高太阳能光伏发电效率的问题成为了研究太阳能的重点方向。 本文研究了太阳能光伏发电系统及最大功率点跟踪技术。从最基本的太阳能电池及其工作特性出发,设计光伏发电系统结构,运用Matlab中的Simulink来搭建光伏发电系统的仿真模型;同时,研究了最大功率点跟踪技术,将设计的新型最大功率点跟踪算法在系统仿真模型中进行验证,并分析仿真效果。 首先,由光伏电池的等效电路设计光伏电池的仿真模型,分析其不同环境条件下的工作特性,总结出最大功率点的变化规律。其次,研究了最大功率点跟踪技术,分析了经典的最大功率点跟踪算法如恒定电压法、扰动观测法、电导增量法的优缺点,在这基础之上,设计了新型的改进的电导增量法、模糊控制法和模糊神经网络法。将新型的最大功率点跟踪算法在系统仿真模型上进行实现,并通过示波器检验各新型算法的仿真效果,最终达到了控制时间短,基本无超调,紧随环境变化的控制效果。最后,对太阳能光伏发电系统进行软硬件设计,根据Matlab中的系统仿真模型,在Protel中设计了光伏发电系统的硬件电路;同时使用模糊控制开发工具FuzzyTech来设计模糊控制器,并将其转换成C语言程序代码。 本文给出了详细的Matlab仿真模型和算法的设计过程,对实验结果作出了详细的分析;同时,也介绍了系统硬件电路和软件程序的设计过程。


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