【摘要】：進入21世紀,隨著傳統(tǒng)化石燃料的儲量逐年遞減,再加之全球性的氣候問題和生態(tài)問題,綠色發(fā)展理念逐漸深入人心,大力發(fā)展可再生的清潔能源已成為當今的必然趨勢。光伏(Photovoltaic,PV)發(fā)電作為一種技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)化程度高的清潔能源,受到各國的高度關注和重視。光伏發(fā)電的研究中,除了新的光電轉(zhuǎn)換材料外,另一個不可或缺的就是功率轉(zhuǎn)換電路的研究。太陽能電池板無法直接接到電網(wǎng)或負載上供用戶使用,這是因為電池板的輸出功率受負載影響很大,隨著負載電阻的不同,電池板輸出功率也會有很大變化。因此,為了使電池板始終以最大功率輸出,必須引入最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)電路。MPPT控制器電路分為兩個部分,以開關電源為基本拓撲的DC/DC轉(zhuǎn)換電路和作為控制中心的MPPT控制芯片電路。針對這兩部分,本文的主要工作和創(chuàng)新點如下:(1)對基于Buck拓撲的MPPT控制器的結(jié)構(gòu)進行建模,得出其環(huán)路傳輸函數(shù),分析系統(tǒng)穩(wěn)定性情況,并對系統(tǒng)進行補償,使MPPT控制器在斷續(xù)導通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)和連續(xù)導通模式(Continuous Conductin Mode,CCM)下均可穩(wěn)定工作,并且補償后的環(huán)路帶寬達到開關電源的設計要求。(2)基于Buck電路,詳細分析了控制器的損耗機理,給出控制器的損耗模型,得出各部分的損耗情況,然后以此為基礎,優(yōu)化控制器的電路設計,提升了控制器的功率轉(zhuǎn)換效率,從之前的80%提升到91.9%。這種分析和優(yōu)化方法不僅適合于Buck電路,在Boost結(jié)構(gòu)的MPPT控制器中也同樣適用。(3)優(yōu)化了 MPPT芯片的模擬部分電路。包括電流采樣電路和電壓采樣電路、電壓和電流偏置電路。優(yōu)化后的電路具有較高的精度和抗工藝漲落、供電電壓波動、溫度漂移(Process,Supply Voltage and Temperature,PVT)的性能,從之前的對理想值18%的偏差優(yōu)化到3%,可以滿足MPPT控制器芯片對電池板最大功率的高精度跟蹤的要求。(4)設計了基于擾動觀察算法的新型MPPT電路。傳統(tǒng)基于模擬比較器進行功率比較的MPPT電路受限于比較器的輸入電壓范圍,功率跟蹤范圍難以做到很大,比較器失調(diào)也會降低跟蹤精度;而數(shù)�；旌螹PPT電路要么是使用ADC實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)化,要么直接使用與功率成正比的電流對電容充電并計數(shù)充電時間來實現(xiàn)模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)化,然后再使用數(shù)字存儲器和比較器對功率大小進行判斷,實現(xiàn)最大功率跟蹤。前者復雜度高,而后者會導致大功率時的功率跟蹤精度低于小功率時的跟蹤精度。而本文提出的芯片則是使用與電池板功率成反比的電流對電容充電,這樣充電時間與功率的關系是線性的,保證了在高功率下也能實現(xiàn)高的跟蹤精度;同時該設計僅使用一個計數(shù)器即可實現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)�；旌闲蚆PPT功率值的模數(shù)轉(zhuǎn)化、數(shù)字存儲和比較三項功能,降低了電路復雜度。本文提出的這種算法電路和芯片優(yōu)化前相比,在同等外電路情況下,設計最大可跟蹤功率從28W提高到40W,功率范圍提升42%,而跟蹤精度高出1%-2%(從98%-99%提升到99%以上)。(5)設計了乘法-倒數(shù)器電路。本文提出的新型MPPT算法實現(xiàn)電路需要與電池板功率成反比的電流作為輸入,針對于此,本文設計了可以進行乘法和取倒數(shù)運算的乘法-倒數(shù)器電路。該電路完成對電壓和電流采樣電路輸出的乘法和倒數(shù)運算,輸出代表電池板輸出功率值倒數(shù)的電流信號。本文設計的乘法-倒數(shù)器電路采用互補的原理,具有很好的抗PVT的性能,仿真結(jié)果顯示,輸入相同電壓和電流時,輸出電流誤差不超過1%,從而可以保證MPPT芯片最大跟蹤功率范圍為1-40W。
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【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM914.4

【參考文獻】

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本文編號：2257317