光伏电池simulink仿真 毕设

摘要太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其取之不竭、用之不尽、无污染等优点，受到人们越来越多的重视。光伏发电是充分利用太阳能的一种有效方式之一。由于目前光伏电池板的价格比较高，转换效率比较低，为了降低系统造价和有效地利用太阳能，该论文光伏发电进行最大功率跟踪显得尤为必要。本文针对如何提高太阳能光伏发电系统的转换效率，从建模仿真方面对具有最大功率点跟踪的控制器进行了研究，提出了一种新的最大功率点跟踪方案。本文主要任务如下：首先，本文介绍了论文的相关研究背景、选题意义、以及论文的主要工作。其次，分析了太阳能电池板的工作原理，利用MATLAB/simulink模块对不同环境及不同日照强度下的太阳能电池输出特性进行了建模、仿真。再次，介绍并分析了最大功率点跟踪原理，以及常用的几种跟踪方法。介绍了三种常用的DC/DC变换器的工作原理。紧接着，对干扰观察法和电导增量法进行了建模和仿真，针对电导增量法提出了一种适合车用的改进方案。仿真结果表明新的方案在一定条件下可以显著减小最大功率跟踪系统响应时间。而后，用CATIA软件对第一代太阳能车进行了设计，建立了蓄电池驱动电机和蓄电池充电系统电路。最后，针对充电系统的电流、电压开发了一个简单的检测分析软件。关键词：太阳能；最大功率跟踪；MATLAB仿真；DC/DC变换器AbstractSolarpowerisanewgreenpower.Itisregardedasclean,pollution-free,andinexhaustible.Photovoltaicconversionisaneffectivewaytousesolarpower.Becausethepriceofphotovoltaiccellisexpensiveandconversioneffi-ciencyislowpresently,theMaximumPowerPointTrackingisabsolutelynec-essary,inordertodecreasesystemcostandincreaseefficiency.Aimsathowtoincreasetheefficiencyofconversionforthephotovoltaicenergysystem,thispaperresearchesthesolarcontrollerwithmaximumpowerpointtracking(MPPT)andpresentsanovelMPPTmethodfromthesimulation.Themainworkofthispaperisasfollows:First,introducesthebackground,significance,work.Second,analyzingtheprincipleofthesolarpanelandusingtheMATLABsoftwaretobuildthesimulationoftheoutputcharacteristicforthesolarcellunderdifferenttemperatureandisolation.Third,introducestheMPPTprinciple,comparingseveralcommonMPPTmethodsandfindouttheiradvantageanddisadvantage.ThenanalysisthreeDC/DCconverters’principles.Forth,usingtheMATLABsoftwaresimulinktoolboxtobuildthesimula-tionofthePerturbationAndObservationmethod,IncrementalConductancemethodandimprovedtheIncrementalConductancemethod.Theresultofthesimulationdemonstratesthatthenewstrategycanreducetherespondingtimeofthesystem.Fifth，usingtheCATIAsoftwaretobuildthefirstgenerationsolarcar3Dmodel.ThenbuildthecircuitoftheMPPTsystem.Last,writeaprogramtoanalysisthecurrentandvoltageofthesystem.Keywords：SolarEnergy;MPPT;MATLABSimulation;DC/DCConverter-1-目录第1章绪论.......................................11.1课题背景....................................11.2光伏产业的发展现状...........................21.2.1国外光伏产业发展现状....................21.2.3国内光伏产业发展现状....................31.2.3太阳能车发展现状........................41.3本课题的意义.................................61.4本文主要内容.................................7第2章光伏电池特性及其仿真模型的建立...............82.1光伏电池的工作原理...........................82.2光伏电池等效电路.............................92.3光伏电池仿真模型的建立......................102.3.1工程用光伏电池的数学模型...............102.3.2光伏电池的simulink模型................122.4本章小结...................................17第3章光伏发电系统最大功率点跟踪系统的研究........183.1最大功率点跟踪的概念........................183.2最大功率点跟踪的原理........................193.3常用最大功率跟踪控制算法....................203.3.1恒定电压法.............................203.3.2干扰观察法.............................213.3.3电导增量法.............................223.4DC/DC电路实现光伏电池最大功率点跟踪原理....243.5典型DC/DC变换电路..........................253.5.1降压式变换器（Buck）...................253.5.2升压式变换器（Boost）..................293.5.3升降压式变换器（Buck-Boost）...........323.6最大功率跟踪控制算法simulink仿真分析.......34-2-3.6.1降压式变换器建模.......................343.6.2干扰占空比的最大功率跟踪算法...........373.6.3干扰观察法.............................393.6.4电导增量法.............................423.7车用光伏电池最大功率跟踪仿真与分析..........443.7.1车用最大功率跟踪方案...................453.7.2车用最大功率跟踪方案仿真分析...........463.8本章小结...................................49第4章第一代太阳能原型车制作......................494.1车辆系统原理图..............................494.2原型车CATIA建模............................504.3电池驱动直流电机电路设计....................514.3.1单片机的选择...........................514.3.2直流电动机脉宽调速（PWM）系统设计......524.4最大功率跟踪电路设计........................554.4.1主回路实现.............................554.4.2驱动电路...............................564.4.3检测电路...............................574.4.4与计算机通讯电路.......................574.4.5电源电路...............................584.4.6光伏发电系统主要电路原理图.............58第5章光伏电池电流、电压检测分析软件..............605.1MATLAB软件编程.............................605.2光伏电池电流、电压检测分析软件..............615.3本章小结...................................61结论致谢参考文献1第1章绪论1.1课题背景能源，是人类赖以生存根本，其中化石能源作为目前全球消耗的最主要能源，不仅给地球环境带来了严重的破坏，而且正在一天天走向枯竭。据中国科学院院士、中国科学院能源研究委员会副主任严陆光研究表明：地球在数十万年积聚下来的石油、煤炭、天然气等化石能源，大约可供人类使用300年。根据现在探明的储量和消耗水平计算，石油可用30至50年，天然气可用60至80年，煤炭可用时间长一些，大约100至200年。总体上化石能源大约还可供人类使用100年左右。化石能源终会耗尽，价格长期上涨的趋势不可改变。能源市场向来是一个充满了政治纠葛、国家利益斗争的地方。不论是2002年以来的石油价格高涨，还是2008年的石油价格暴跌，一个无法回避的现实是地球上的化石能源储量是有限的。有限的传统能源是无法支撑人类长期的经济发展要求。化石能源的价格短期内可能有涨有跌，但从长期来看，上升之势不可逆转。寻找人类合适的新能源是人类长久发展的必要条件。与其他新能源相比，太阳能或许是真正的最终解决方案。从可用总量上来看，水能、风能、潮汐能都太小，不能满足人类需求。核能尽管具有一定的发展空间，但是安全问题总是相伴左右。地热能从理论上看也具有潜力，但是如何利用是一个天大难题。所以，太阳能是人类所知，目前已经可以利用的，清洁安全的，能够解决人类未来需要的唯一能源选择。总之，随着世界能源短缺和环境污染问题的日益严重，能源和环境成为二十一世纪人类所面临的重大基本问题，清洁的可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注。近二、三十年来，太阳能光伏2（Photovoltaic，PV）发电技术得到了持续的发展，光伏发电已经成为利用太阳能的主要方式之一。开展太阳能光伏发电系统的研究，对于缓解能源和环境问题，开拓广阔的光伏发电市场和掌握相关领域的先进技术，具有重大的理论和现实意义。1.2光伏产业的发展现状1.2.1国外光伏产业发展现状在能源危机和全球气候变暖的压力下，可再生能源越来越受到德、美、日等国政府的关注，并相继提出了光伏发电的“光伏屋顶计划”、“新阳光计划”等，在政府的政策、法规和行动计划推动下，全球光伏产业以一个朝阳产业的面貌高速成长。在过去的15年中，全球光伏产业以25%的年均增长率成长。2003年以来欧洲光伏市场的迅速起动，使得2004年、2005年市场曾经一度出现供