光伏发电系统MPPT控制优化及实验研究

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经济的高速发展对能源的依赖越来越大。煤、石油、天然气等不可再生的传统能源面临枯竭,急需新能源技术的发展来推动社会经济的发展。光伏发电作为新能源领域的杰出代表,有分布广泛、储存量大、使用方便等诸多优势,越来越受到人们的青睐。然而,传统光伏发电系统效率较低,成本较高,很大程度上制约了其大规模推广和应用,而最大功率点跟踪技术(MPPT)可以有效解决这一问题。经过几十年发展,光伏MPPT技术取得了长足进步,并在光伏工程领域得到广泛应用。本文围绕光伏发电最大功率点跟踪控制技术进行了以下研究。首先,基于光伏系统建模,分析了系统在光照、温度等外界环境变化情况下的输出特性;针对现有各种最大功率点跟踪算法,进行分析对比并总结其优缺点。传统的MPPT算法典型问题在于:跟踪速度较慢、最大功率点附近不稳定、外界环境突变情况下易发生误判、算法复杂而实用性差等。本文针对上述问题,对变步长导纳增量法进行研究,在分析输出功率与占空比关系的基础上,发挥占空比调节方法简便、实用的优势,从而实现快速、稳定的MPPT,并可在环境突变的情况下,避免误判情况的发生。其次,分别针对占空比扰动观测法、传统变步长导纳增量法及论文优化设计的改进型变步长导纳增量法,建立了三个MPPT控制算法模型,在外界光照突变情况下,分别进行了Matlab仿真实验,对比分析发现:在外界环境突变的情况下,改进型变步长导纳增量算法跟踪速度更快,在最大功率点附近跟踪更稳定。进而,基于改进型变步长导纳增量法,完成了MPPT控制器硬件和软件设计,利用搭建的实际光伏发电系统,对该控制器进行实验测试,结果表明:基于改进型变步长导纳增量法的MPPT控制系统对外界环境突变响应更快速,充电效率更高。最后,将该控制器与物联网控制技术初步融合,给出了太阳能路灯远程智能监控系统设计方案,实现了对太阳能照明系统远程智能监控基本功能。
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