光伏发电系统中最大功率点跟踪控制器的研究

随着化石能源日益匮乏以及其带来的环境污染方面的问题日益突出,寻求清洁可再生的新能源成为全球能源发展的主旋律。光伏产业,尤其是光伏发电产业作为目前发展最为迅速的产业之一,依然保持着快速的增长势头并拥有相当大的发展潜力。光伏发电系统尽管技术日趋成熟但仍然存在着发电效率偏低,成本较高等问题。 本文介绍了一种采用改进的结合算法——短路电路法结合变步长扰动观察法的针对小型家用光伏发电系统的最大功率跟踪控制器,并详细描述了硬件与软件设计部分,给出了实验结果。实验结果显示出改进算法能够快速有效的跟踪光伏阵列的最大功率点,提高光伏系统的能效。 首先,本文从光伏电池的非线性特性出发,通过分析光伏电池的等效电路,利用Matlab的Simulink平台建立起光伏电池的仿真模型,通过仿真实验进一步分析光伏电池在不同设定环境下的输出特性。在分析了独立小型光伏发电系统的特点后,比较几种常见的DC/DC变换电路拓扑结构的优缺点,选定Boost电路来实现MPPT算法。 然后,论文从原理上比较了几种常用的MPPT技术,利用光伏电池的仿真模型对各种常用的MPPT技术进行仿真研究,并设计出一种改进的MPPT算法——短路电流法结合变步长扰动观察法。仿真结果表明,这种算法优于传统的单一算法,可以快速准确的跟踪到光伏阵列的最大功率点并显著的减小光伏电池稳定工作在最大功率点时的振荡,最大限度的降低了能量损耗,提高了光伏系统的能量转换效率。 最后,根据短路电流法结合变步长扰动观察法对采样,计算方面的要求,选择美国TI公司的TMS320F2812的DSP为主控芯片,设计制作了基于TMS320F2812的最大功率点跟踪控制硬件电路。该控制电路包括主控电路、电源电路、AD采样电路、AD校正参考电压电路和隔离驱动电路等。并且,在保证达到MPPT算法要求的基础上,尽量降低控制系统的成本,以符合小型家用光伏发电系统的实际应用需要。另一方面,利用TI公司的DSP开发软件环境CCS3.3,完成了最大功率跟踪控制的软件程序设计,主要包括主程序设计、ADC采样中断程序和PWM中断程序设计。 经过反复的调试与实验,取得了良好的实验结果。实验结果证明了短路电流法结合变步长扰动观察算法可以在外界环境突然变化的情况下快速、有效、准确的跟踪最大功率点,减少在光伏阵列最大功率点附近振荡所带来的能量损失,提高了光伏发电系统的效率,相对于普通MPPT算法具有其优越性。