独立光伏发电系统最大功率跟踪及能量控制技术的研究

在传统化石能源短缺、世界各国竞相发展可再生能源的今天，太阳能凭借其独特的优势，得到了快速发展，在太阳能的各种应用中，光伏发电倍受青睐。随着光伏发电技术的发展以及光伏组件价格的不断下降，光伏发电的应用趋于广泛，并将逐渐由补充能源向替代能源过渡。基于此，本文就光伏发电系统中诸如光伏电池的最大功率点跟踪、光伏系统的稳定性、独立光伏发电系统的能量控制等方面进行了研究，并取得了一定的成果，主要研究内容可归纳如下： 首先，通过查阅光伏发电的应用背景材料，了解了光伏发电的国内外研究状况；掌握了光伏发电系统的组成及其工作原理，并建立了相应的模型。 第二，对光伏电池的最大功率点跟踪方法进行了介绍，并提出一种基于单变量检测的最大功率点跟踪方法，该方法只需控制一个输出参数(光伏电池的输出电流)，减少了被检测的参量，简化了控制器的软硬件设计，为光伏电池提供了一个低成本的最大功率跟踪系统。仿真结果也验证了该方法的正确性。 第三，分别选用Buck和Boost变换器，对MPPT模式下光伏发电系统中光伏电池输出电压的稳定性进行了频域内分析，并针对传统的Boost变换器在光伏电池的宽输出电压范围内，难以维持稳定输出的特性，提出采用三态Boost变换器代替传统的Boost变换器，进行光伏电池输出电压的控制，该变换器能够有效拓宽系统稳定工作的范围，对于提高光伏系统的稳定性具有一定意义。时域内仿真结果进一步验证了所得结论的正确性。 第四，对恒压模式下的独立光伏发电系统的稳定性进行了频域内分析，得出系统在光伏电池的电压源区域内具有更好稳定性的结论，对此，进一步设计了相应的控制方法，以保证系统能够稳定运行在光伏电池的电压源区域内，并在时域内进行了仿真验证；最终，通过搭建一套180W的独立光伏发电系统实验平台，进一步验证了以上结论的正确性和可行性。该最优工作区的得出，对提高独立光伏发电系统的稳定性具有一定意义。 最后，对独立光伏发电系统的拓扑进行总结，分析了独立光伏发电系统各种拓扑结构的优缺点，并以一种改进型的拓扑为研究对象，设计了针对该拓扑的独立光伏发电系统能量控制策略，并通过仿真进一步验证了所设计方案的正确性。