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光伏发电的最大功率跟踪研究

作　者: 曹倩茹
导　师: 张建军
学　校: 西安科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 光伏电池 最大功率跟踪 微扰观察法 DC-DC转换电路 控制电路 驱动电路
分类号: TK519
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其取之不竭、用之不尽、无污染等优点，受到人们越来越多的重视。太阳能光伏发电是充分利用太阳能的一种有效方式。由于目前光伏电池板的价格比较高，转换效率比较低，为了降低系统造价和有效利用太阳能，对光伏发电进行最大功率跟踪(MPPT)显得尤为必要。 本文以独立光伏发电系统为研究对象，对其进行了理论分析，从系统的参数选择、拓扑结构、控制策略、最大功率跟踪及蓄电池的保护等方面作了详细的分析和研究。主要的内容有： 1．综述了国内外光伏产业发展现状。 2．介绍了常规光伏发电系统和带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统的基本组成，结合光伏电池的输出特性，分析了最大功率跟踪的必要性。 3．详细分析了几种不同的DC-DC转换电路的工作特性和工作原理。 4．给出了光伏电池输出电流、电压的检测电路、信号调理电路；用于最大功率点跟踪的DC-DC转换电路；用M57962L实现了功率开关管的驱动电路。 5．设计出基于数字信号控制器dsPIC30F4011为核心的光伏电池阵列的最大功率跟踪控制；算法实现采用改变步长的微扰观察法。 6．分析了铅酸蓄电池充放电过程中的电化学反应机理；有效控制蓄电池的充、放电，避免了蓄电池在应用中出现过充、过放现象。 最后给出了实验结果，证明系统的控制方法和策略具有实用性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 人类所面临的能源问题  8
  1.2 光伏发电的特点与优势  8-9
  1.3 国内外太阳能应用的现状  9-10
  1.4 本文的目的和任务  10-12
2 系统概述  12-14
  2.1 光伏发电系统的原理  12
  2.2 光伏发电系统的基本组成  12-13
  2.3 带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统的基本组成  13-14
3 光伏电池  14-22
  3.1 光伏电池的种类  14
  3.2 光伏电池方阵  14-15
  3.3 光伏电池的价格  15
  3.4 光伏电池的内部等效电路  15-17
  3.5 光伏电池的特性  17-19
  3.6 防反充二极管  19
  3.7 防热斑效应  19
  3.8 隔离二极管  19-20
  3.9 光伏发电系统的系统配置与计算  20-22
    3.9.1 光伏电池组件串联数N_s  20-21
    3.9.2 光伏电池组件并联数N_p  21-22
4 DC-DC转换电路  22-31
  4.1 DC-DC转换电路  22
  4.2 DC-DC转换电路的分类  22
  4.3 (Buck)降压式 DC-DC转换电路  22-25
  4.4 (Boost)升压式 DC-DC转换电路  25-27
  4.5 (Buck/Boost)降升压式 DC-DC转换电路  27-31
5 最大功率(MPPT)跟踪的设计  31-48
  5.1 概念  31
  5.2 最大功率点(MPP)  31-32
  5.3 MPPT原理  32-33
  5.4 MPPT的算法  33-40
    5.4.1 电压回授法  33-34
    5.4.2 功率回授法  34
    5.4.3 微扰观察法  34-37
    5.4.4 增量电导法  37-38
    5.4.5 直线近似法  38-39
    5.4.6 实际测量法  39-40
  5.5 主回路的实现  40-41
  5.6 驱动电路的实现  41-43
    5.6.1 MOSFET的结构和工作原理  41-42
    5.6.2 MOSFET的驱动  42
    5.6.3 M57962L的内部组成电路  42
    5.6.4 M57962L的主要特点  42-43
    5.6.5 M57962L的引脚排列  43
    5.6.6 M57962L实现的驱动电路  43
  5.7 控制电路的实现  43-48
    5.7.1 采样电路的设计  43-45
    5.7.2 微控制器  45-47
    5.7.3 软件实现  47-48
6 光伏发电系统蓄电池的选用及控制  48-54
  6.1 蓄电池的概念  48
  6.2 光伏发电系统蓄电池的选用  48
  6.3 铅酸蓄电池的电池反应  48-49
  6.4 铅酸蓄电池的充放电特性  49-51
  6.5 蓄电池容量的设计及其充电特性  51-52
    6.5.1 蓄电池容量的设计  51
    6.5.2 蓄电池的充电特性  51-52
    6.5.3 MPPT控制充电  52
  6.6 蓄电池保护电路的设计  52-54
    6.6.1 蓄电池过充保护电路的设计  52-53
    6.6.2 蓄电池过放保护电路的设计  53-54
7 光伏发电系统的部分电路实验及测试结果  54-59
  7.1 MPPT实验及其结果  54-57
  7.2 实验结果比较  57-59
8 结论  59-61
  8.1 本文总结  59
  8.2 今后展望  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
攻读学位期间发表的论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 特殊热能及其机械 > 太阳能技术 > 太阳能利用
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