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光伏发电最大功率跟踪控制系统研究

作　者: 刘立刚
导　师: 李国友
学　校: 燕山大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 光伏电池最大功率跟踪 Boost变换器模糊控制滑模变结构控制指数趋近率
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着经济的发展和生活水平的提高,能源危机和环境污染已经成为世界性的问题,光伏发电是一种有效的太阳能利用形式,必将得到大力发展。由于光伏电池转换效率低、成本价格高、输出特性易受环境因素的影响,阻碍了光伏发电的发展,因此,研究光伏发电最大功率跟踪控制系统,对于提高光伏系统效率,具有重要的理论和实际意义。本文选择了光伏发电最大功率跟踪控制系统为研究课题,所做的工作如下:首先,概述了课题研究背景,总结了国内外的发展现状。随后,针对光伏电池的等效电路和物理原理分析得到光伏电池的数学模型,结合实际情况推导出工程用数学模型,并通过多组不同环境下的仿真研究验证了模型的正确性。此后,阐述最大功率跟踪算法原理、深入比较算法优缺点的同时,分析了斩波电路性能,通过对比确定了Boost变换器为光伏发电系统的拓扑电路,并进行了应用于跟踪控制的理论分析,随后设计了主要参数,搭建了仿真模型,通过了可行性验证。最后,结合最大功率跟踪原理对模糊控制进行了研究,针对光伏电池的输出特性设计了一种模糊控制方案并给出了模糊控制器的详细设计过程,建立了系统的仿真模型。对比微扰观测法进行了仿真研究,验证了方法的可行性和优越性。而后,从控制系统变换器的角度出发,通过对Boost变换器的解析建模和滑模变结构控制理论及抖振问题的阐述,给出了一种基于指数趋近率的模糊滑模控制策略,在设计了反映控制目的的切换函数、引入∑-Δ调制器之后,给出了模糊控制调节指数趋近律参数的方法设计。通过标准环境和环境突变情况下的仿真研究,验证了该方法在消弱抖振和响应动态环境变化方面的优越性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 国内外光伏发电概况  11-14
    1.2.1 国外光伏发电发展情况  12-13
    1.2.2 国内光伏发电发展情况  13-14
  1.3 光伏发电系统最大功率跟踪概述  14-17
    1.3.1 光伏发电系统介绍  14-16
    1.3.2 最大功率点跟踪控制技术  16-17
  1.4 主要研究内容  17-20
第2章光伏电池的原理及特性分析  20-32
  2.1 光伏电池的工作原理  20-22
    2.1.1 光伏电池种类介绍  20-21
    2.1.2 光伏电池工作原理  21-22
  2.2 光伏电池数学模型  22-26
    2.2.1 光伏电池等效电路  22-24
    2.2.2 光伏电池工程数学模型  24-26
  2.3 光伏电池的仿真研究  26-30
    2.3.1 光伏电池仿真模型  26-28
    2.3.2 电池输出特性分析  28-30
  2.4 本章小结  30-32
第3章光伏发电系统DC/DC 变换器设计  32-50
  3.1 最大功率跟踪原理  32-34
  3.2 最大功率跟踪方法的研究  34-41
    3.2.1 最大功率跟踪方法介绍  34-40
    3.2.2 方法的比较分析  40-41
  3.3 控制系统DC/DC 变换器的设计  41-49
    3.3.1 斩波电路分析及拓扑选择  42-45
    3.3.2 Boost 变换器用于MPPT 控制的理论分析  45-46
    3.3.3 变换器参数设计  46-48
    3.3.4 仿真研究  48-49
  3.4 本章小结  49-50
第4章基于模糊策略的MPPT 控制研究  50-64
  4.1 模糊控制理论概况  50-51
  4.2 MPPT 模糊控制器设计  51-58
    4.2.1 模糊控制基本原理  51-54
    4.2.2 MPPT 模糊控制系统分析  54
    4.2.3 模糊控制器设计  54-58
  4.3 基于模糊策略的MPPT 控制仿真研究  58-62
    4.3.1 光伏发电系统MPPT 仿真模型  58-59
    4.3.2 仿真分析  59-62
  4.4 本章小结  62-64
第5章 MPPT 系统的模糊滑模控制研究  64-80
  5.1 光伏系统DC/DC 变换器解析建模  64-65
    5.1.1 Boost 变换器解析建模  64-65
  5.2 滑模变结构控制的基本原理  65-69
    5.2.1 滑模控制基本原理  66-67
    5.2.2 滑模控制器的设计步骤  67-68
    5.2.3 抖振问题及消抖  68-69
  5.3 基于Boost 变换器的模糊滑模控制器设计  69-77
    5.3.1 模糊控制与滑模控制的结合  70
    5.3.2 模糊滑模控制器的设计  70-75
    5.3.3 仿真分析  75-77
  5.4 本章小结  77-80
结论  80-82
参考文献  82-87
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  87-88
致谢  88-89
作者简介  89

光伏发电最大功率跟踪控制系统研究

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