光伏系统在复杂条件下的MPPT算法研究及DSP实现

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随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,开发利用绿色的太阳能能源势在必行,其中太阳能光伏利用则是应用最广泛的。但是在光伏利用系统中局部遮阴或光照不均等现象普遍存在,由此造成的阵列失配现象不仅会影响光伏系统的功率输出,造成安全和可靠性问题,而且使得常规MPPT(Maximum Power Point Tracking,MPPT)算法在这种情况下失效,由此极大的降低了光伏系统的能量转换效率。本文就是在此背景下,对光伏阵列在复杂条件下的P-V特性进行了较为深入的研究分析,并在此基础上设计实现一种新颖MPPT算法以弥补传统MPPT算法的缺陷,该研究具有重要的现实意义及实际的工程应用价值。首先,本文对几种传统MPPT控制算法进行了研究、分析和比较,总结出这些算法存在的共同缺点是无法适应光伏阵列P-V曲线呈现多峰的情况,由此引出新颖MPPT算法研究的必要性。对光伏阵列在各种复杂条件下进行了人工遮挡实验,观察所得大量数据后发现5条重要规律,它是新颖MPPT算法实现的基础。其次,根据系统设计要求给出了本系统总体设计方案,并详细介绍了硬件、软件设计方案。再次,依据硬件设计方案搭建硬件电路。硬件电路设计采用TI公司的DSP TMS320F28027作为主控芯片,设计光伏阵列的电压、电流采集及信号处理电路,并根据MPPT控制算法输出PWM信号,再经隔离、驱动电路放大后驱动DC/DC电路功率管的通与断。由PWM占空比的不断变化动态的调整了光伏阵列的等效负载阻抗,从而达到最大功率点追踪的目的。随后,基于CCS开发环境,编程实现新颖MPPT算法,该算法主要由主程序、AD采样子程序、改进扰动观察法子程序、全局峰点追踪子程序及定时中断子程序等五部分组成。最后,分别对各个模块电路及新颖MPPT算法进行测试,并给出必要的测试结果图。测试结果表明,硬件、软件算法都满足设计要求,而且新颖MPPT算法较传统MPPT算法能够更正确、快速的追踪到光伏系统在复杂条件下的全局最大功率点,这对以后光伏系统控制算法的进一步研究具有很大的技术参考价值。
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