太阳能电池最大功率点跟踪系统

课 程 设 计 报 告课 程题 目学 院年 级 专 业班 级 学 号学生姓名指导教师设计时间常熟理工学院课程设计报告2 目录一、摘要 . 3二、绪论 . 3三、内容 . 32.1 光伏电池的特性 32.2 MPPT 基本原理 42.3 MPPT 控制的实现 52.3.1 控制算法 . 52.3.2 硬件实现 . 62.3.3 软件实现 72.4 实验结果分析 7四、结论 . 8五、参考文献 . 8常熟理工学院课程设计报告3 一、摘要太阳能光伏阵列的输出特性受外界环境的影响具有强烈的非线性，为了提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，进行最大功率点跟踪 (MPPT)，使之始终工作在最大功率点附近。本文通过对太阳能电池伏安特性的分析，采用自适应扰动观察算法，基于 TMS320F2812设计了 MPPT控制系统。实验结果表明，在此算法控制下，系统能够准确地跟踪最大功率点。二、绪论随着经济全球化进程的不断加速和工业经济的迅猛发展，能源问题已成为人类需要迫切解决的问题，大力发展新的可替代能源已成为当务之急。太阳能是一种取之不尽用之不竭的绿色能源，太阳能发电具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿性及维护性等其它常规能源所不具备的优点。光伏发电虽然具有以上的优势，但是实际应用中还存在很多的问题。光伏发电的主要缺点之一是太阳能电池阵列的光电转换效率太低。为了解决该问题，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，进行最大功率点跟踪 (MPPT)，使之始终工作在最大功率点附近。目前，光伏系统的最大功率点跟踪问题已成为学术界研究的热点。高性能的数字信号处理芯片 (DSP)的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏发电控制系统成为可能。 本论文就是在此背景下， 采用 TI 公司生产的 TMS320F2812 进行控制，开展了太阳能发电系统的理论和试验研究，具有重要的现实意义。三、内容2.1 光伏电池的特性太阳能电池的输出特性是非线性的，它受到光照强度、环境温度等因素的影响。太阳能电池的等效电路如图 1 所示，图 2 是光伏电池在不同温度下的 I-V 、 P-V 特性，图 3 为光伏电池在不同日照强度下的 I-V、 P-V 特性。 [1][4][7]常熟理工学院课程设计报告4 从图 2 可以看出， 太阳能电池开路电压 V0。 主要受电池温度的影响； 从图 3 可以看出，太阳能电池短路电流 Is。主要受日照强度的影响，而且在一定的温度和光照强度下，太阳能电池具有唯一的最大功率输出点。由于实际应用中不能保证其总是工作在最大功率点上， 所以在应用中要用到 MPPT 装置， 以保证太阳能电池的输出功率在最大功率点的附近。2.2 MPPT 基本原理MPPT 的实现实质上是一个动态自寻优过程， 通过对阵列当前输出电压与电流的检测，得到当前阵列输出功率，再与已被存储的前一时刻功率相比较，舍小取大，再检测，再比常熟理工学院课程设计报告5 较，如此周而复始。 MPPT 控制系统的 DC-DC 变换的主电路采用 Boost 升压电路。图 4 为Boost 变换器的主电路，电路由开关管 T、二极管 D、电感 L、电容 C 组成。工作的原理为在开关 T 导通时，二极管 D 反偏，太阳能电池阵列向电感 L 存储电能；当开关 T 断开时，二极管导通，由电感 L 和电池阵列共同向负载充电，同时还给电容 C 充电，电感两端的电压与输入电源的电压叠加，使输出端产生高于输入端的电压。 Boost 电路输入输出的电压关系为： V0=VI ／ (1-D) (1) 当 Boost 变换器工作在电流连续条件下时， 从式 (1)可以得到其变压比仅与占空比 D 有关而与负载无关，所以只要有合适的开路电压，通过改变． Boost 变换器的占空比 D 就能找到与太阳能电池最大功率点相对应的 VI 。2.3 MPPT 控制的实现2.3.1 控制算法目前实现太阳能 MPPT 常用的算法有扰动观察法 (P潘俊民 基于 Boost 电路的光伏电池最大功率点跟踪系统 [期刊论文 ] -电力电子技术 2004(06) [2] 李玲 ;谢建 ;杨祚宝 光伏系统最大功率点跟踪方法 [期刊论文 ] -可再牛能源 2007(04 [3] 侯聪玲 ;吴捷 太阳能最大功率跟踪技术的研究 [期刊论文 ] - 河南科学报 2008(03) [4] 崔岩 太阳能光伏系统 MIPPT 控制算法的对比研究 [期刊论文 ] -太阳能学报2006(06) [5] 李慧慧 .孙志毅 基于模糊控制的光伏发电最大功率点跟踪 [期刊论文 ] -科技资讯2010(7) 常熟理工学院课程设计报告9 [6] 任苗苗 基于模糊控制的 MPPT 方法的研究 [期刊论文 ] -中国西部科技 2011(35) [7] 刘建设 .申涛 光伏电池最大功率点的分析与研究 [期刊论文 ] -机械研究与应用2010(4) 常熟理工学院课程设计报告10 课程设计独创性声明：学生签名（手写） ：指导教师评语：课程设计成绩： 指导教师签名：教研室意见：教研室主任签名：