太陽能是一種無污染、取之不盡用之不竭的新能源,太陽能發(fā)電在解決人類面臨的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題中占據(jù)重要的角色。本文主要研究DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制器參數(shù)設(shè)計以及在陰影遮擋等復(fù)雜情況下的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)(Maximum Power Point Tracking,MPPT)問題。本文對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析、DC-DC轉(zhuǎn)換器建模、MPPT控制方法研究以及實(shí)驗(yàn)平臺的搭建。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)首先對光伏電池的基本原理進(jìn)行詳細(xì)分析,根據(jù)理論知識搭建光伏電池的數(shù)學(xué)模型,并建立了數(shù)值仿真模型。在模擬環(huán)境條件下對光伏電池進(jìn)行仿真,分析其輸出特性,因?yàn)楣庹諒?qiáng)度、環(huán)境溫度和濕度的影響,所以光伏電池的輸出呈現(xiàn)出I-V和P-V非線性曲線。最后介紹了幾種常見的MPPT算法并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。(2)光伏電池在電壓輸出的時候受到環(huán)境因素的影響,研究調(diào)節(jié)光伏電池輸出。首先對Buck電路進(jìn)行分析,MOS管導(dǎo)通與斷開使Buck電路擁有兩種工作模式,此時DC-DC轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)模型是一個非線性、時變的;其次,通過狀態(tài)空間平均法進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,將DC-DC轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)變成一個線性的狀態(tài)方程,從而可以使用控制理論對其控制與分析。最后根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)搭建了一個數(shù)值仿真模型,為進(jìn)一步研究電壓控制器和MPPT算法提供模擬實(shí)驗(yàn)平臺。(3)通過研究光伏發(fā)電系統(tǒng)中的Buck電路的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng),得出其魯棒性極差。分別對PI和PID補(bǔ)償器進(jìn)行分析,得出該補(bǔ)償器不適合作為該系統(tǒng)的補(bǔ)償器。通過提出Lead-Lag 進(jìn)行補(bǔ)償器的參數(shù)設(shè)置算法,比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果,最終得到理想的補(bǔ)償器參數(shù),使得系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)達(dá)到指定的標(biāo)準(zhǔn)。在改善后DC-DC轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)的變步長擾動觀察法,在陰影遮擋的情況下快速實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。通過MATLAB/Simulink來驗(yàn)證MPPT控制方案的可行性和有效性。(4)采用Buck降壓型轉(zhuǎn)換器作為MPPT控制板的硬件電路,團(tuán)隊基于STM32F103ZET6微處理器發(fā)開一臺微型光伏電站模擬儀,通過MPPT主控板對DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)MPPT算法。實(shí)驗(yàn)證明,設(shè)置參數(shù)后的補(bǔ)償器改善了 DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出特性,并且優(yōu)化了最大功率點(diǎn)跟蹤,有效的提高了光伏電池的發(fā)電效率。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

?（ｂ）?２０１７?年??圖Ｕ中國一次能源消費(fèi)占比??通過對比圖１．１（ａ）、１．１（ｂ）可知，化石能源占據(jù)著主要地位，但是占比在逐漸減少。而非??化石能源占比在逐漸增加。從圖中可以發(fā)現(xiàn)中國在大力的發(fā)展清潔能源，為了緩解能源危機(jī)??和環(huán)境問題做出自己的貢獻(xiàn)［７］。??太陽能是當(dāng)今社會最具有發(fā)展和應(yīng)用前景的可再生新能源［８］。太陽能相對其他化石能源??１??

二極管通過。這樣可以避免正常光伏電池板受到有故障的光伏電池板的消耗而影響功率輸出，??也可避免由于故障發(fā)生持續(xù)產(chǎn)熱而造成嚴(yán)重后果。??光伏電池拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖１．３所示。從圖中可知，電池板可以串聯(lián)也可以并聯(lián)。根據(jù)實(shí)際需??求改變電池板的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而滿足實(shí)際需求。在每一塊的光伏電池板兩端并聯(lián)一個旁路二??極管。當(dāng)光伏組件中某一塊發(fā)生故障后電流可以從旁邊二極管通過，并且還有防倒流的作用。??當(dāng)電池板出現(xiàn)故障時，故障的電池板就會被短路掉，電流就會從并聯(lián)的二極管流過，從而就??不會影響其他的電池組件。??５??

不同的材料會直接影響光生伏打效應(yīng)的轉(zhuǎn)換率。由于半導(dǎo)體中ＰＮ結(jié)轉(zhuǎn)換效率較高，所以現(xiàn)在??大部分光伏電池選用半導(dǎo)體作為材料，如單晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池和多晶硅太??陽能電池等都是半導(dǎo)體材料［４１］。光伏電池工作原理如圖２．１所示。??在沒有光照的情況下如圖２．１（ａ）所示，正負(fù)電子在半導(dǎo)體材料中隨機(jī)分布。正負(fù)電子保持??平衡狀態(tài)，中間形成一個消耗層，存在由Ｎ區(qū)指向Ｐ區(qū)的電場。當(dāng)有太陽光照射的情況下，??電池內(nèi)的原子將會吸收大量帶有能量的光子，這些原子在力的作用下造成了帶有正電荷的空??穴和帶有負(fù)電荷的空穴。這些電子空穴對在受到電場影響，帶有不同電荷的離子分別向Ｐ區(qū)??和Ｎ區(qū)移動。其負(fù)電子將會越過平衡線，移動到Ｎ區(qū)；而正電荷將會移動到Ｐ區(qū)。Ｎ區(qū)和Ｐ??區(qū)在光照下不斷積累正負(fù)電子形成Ｐ－Ｎ結(jié)，從將半導(dǎo)體材料中上電極和下形成電勢差，產(chǎn)生電??壓，這就是“光伏效應(yīng)”。圖２．１（ｂ）就是半導(dǎo)體材料受到太陽光照射時，帶正電的空穴，向Ｐ??區(qū)移動；帶負(fù)電的電子
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2868275