太阳能电池最大功率点跟踪系统.doc
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太阳能电池最大功率点跟踪系统.doc
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常熟理工学院课程设计报告
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目录
一、摘要 2
二、绪论 3
三、内容 3
2.1光伏电池的特性 3
2.2MPPT基本原理 4
2.3MPPT控制的实现 5
2.3.1控制算法 5
2.3.2硬件实现 6
2.3.3软件实现 7
2.4实验结果分析 7
四、结论 8
五、参考文献 8
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]
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。
2.2MPPT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。
2.3MPPT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&O)和电导增量法(INC)。
[3][6]前者的算法结构简单、检测参数少,应用较普遍,但在最大功率点附近,其波动较大;后者的算法波动较小,但较为复杂,跟踪过程需花费相当长的时间去执行A/D转换。
系统采用自适应扰动观察法,通过对扰动观察法的改进,引进一个变步长参数λ(k)来解决在最大功率点附近波动大的问题,其中λ(k)=ε|△P|式中ε是一个恒定的常数,自适应扰动观察法的程序流程图如图5所示。
图中e决定了跟踪精度,λ(k)为占空比步长,决定功率变化的步长,η为扰动方向控制系数,取值为1。
当|△P| 2.3.2硬件实现 控制电路使用TI公司的TMS320F2812DSP作为主控制芯片,其快速的运算能力、丰富的外设资源能为整个控制系统提供一个良好的平台。 DSP是整个控制系统的核心,它接受采样电路送来的模拟信号,按照控制算法对采样信号进行处理,然后产生所需要的PWM波形,经驱动放大后控制主电路功率开关管的通断,从而实现MPPT。 TMS320F2812在时钟频率150MHz下,其时钟周期仅为6.67ns,8通道16位PWM脉宽调制,2×8通道12位A/D转换模块,一次A/D转换最快转换周期仅为200ns。 TMS320F2812DSP芯片的这些特点能够满足MPPT控制精度和速度的要求。 采用其中两路A/D转换输入通道作为太阳能电池的输出电流和电压的采集通道,经过MPPT控制产生驱动PWM波形控制DC-DC开关管的导通时间,其控制的框图如图6所示。 2.3.3软件实现 MPPT的控制流程图如图5所示,其功能是在中断服务模块中完成的。 在主程序中主要是完成对寄存器,定时器以及PWM的初始化,其流程图如7所示。 2.4实验结果分析 为验证MPPT系统的有效性,设计了MPPT实验系统,并与无此装置下光伏电池的发电状态进行比较。 实验系统的太阳能电池采用大禾科技有限公司的多晶硅电池组件DH-20,其性能参数为: 开路电压Voc=21.5v;短路电流Isc=1.30A;标称功率PM=20W,蓄电池为24V/12Ah铅酸蓄电池。 实验结果见表1。 由实验数据可知,接入MPPT装置后,光伏电池的输出功率有了显著提高。 表一对比实验结果 时刻(H) 无MPPT的充电电流(A) 有MPPT的充电电流(A) 输出功率提高so百分比(%) 6: 00 0.32 0.36 13% 7: 00 0.38 0.47 24% 8: 00 0.44 0.53 20% 9: 00 0.61 0.72 18% 10: 00 0.92 1.12 22% 11: 00 1.10 1.38 25% 12: 00 1.22 1.49 22% 13: 00 1.25 1.50 20% 14: 00 1.12 1.36 21% 四、结论 本文提出了一种利用DSP控制的,以Boost变换器为核心,以铅酸蓄电池为负载的MPPL系统。 详细分析了MPPT的原理,并对该系统进行了实验研究。 实验结果表明,采用TMS320F2812DSP芯片控制的MPPT系统实现了光伏电池最大功率跟踪,电路结构简单、可靠性好、效率高,且具有针对蓄电池过充、过放、逆变输出过流等异常情况的多种保护作用,因而具有一定的实用价值。 五、参考文献 [1]赵宏;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) [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) 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: 10
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