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光伏发电最大功率跟踪算法与系统的研究

杜肖  
【摘要】:随着科技的进步、人类生活水平的提高,以化石原料为主的传统能源已经无法满足人们日益增长的生活需求,因此通过大规模开发利用新能源来保护人类赖以生存的环境、实现能源的可持续发展。太阳能属于可再生能源,以其资源丰富、清洁无污染等多种优点备受关注,光伏发电是太阳能利用的主要形式,但是由于光伏阵列的输出特性受外界光照强度和温度的影响,工作点无法稳定工作在最大功率点处,会降低系统的转换效率,使太阳能不能得到最大限度的利用。所以,研究光伏发电系统最大功率跟踪算法来提高系统转换效率具有现实的实践意义。本文从太阳能光伏发电系统的原理出发,详细分析光伏电池的工作原理、物理和数学模型以及输出特性。在此基础上给出MPPT控制的工作原理,对几种比较常用的MPPT方法,如扰动观察法(PO)、电导增量法、恒定电压法、神经网络法等分析其原理和工作流程,运行效果及优缺点。其中扰动观察法(PO)对传感器精度的要求不是很高,跟踪算法相对简单,容易实现;但是选择的步长并不能同时兼顾到精度和速度,另外在功率的最高点两侧发生振荡会导致部分的功率损失,外部环境发生较大变化时,很可能会造成一定的误判。为了使这些传统的控制方法能在保持优势的前提下改进其缺点,使系统的跟踪速度和控制精度都能得到提高,本文提出了在传统扰动观察法(PO)的基础上结合模糊逻辑控制、自适应变步长、基于LMS的自适应变步长等智能算法,并用MATLAB/Simulink结合光伏电池仿真模型对改进算法进行仿真。同时将传统算法与改进算法的仿真结果进行分析比较。仿真结果表明,本文提出的改进算法使跟踪控制的效果得到一定程度的提高。在理论和仿真分析的基础上,本文基于STM32F103T8U6设计了的光伏发电系统控制器。结合改进算法的特性以及系统的性能要求,硬件部分主要包括STM32F103T8U6的最小系统、IGBT驱动电路、信号调理电路以及电源电路等;利用KeiluVison3软件开发环境,软件部分设计了算法的控制程序。


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