基于DSP的光伏MPPT控制器设计

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近年来,光伏发电作为新兴的朝阳产业正在蓬勃发展。随着光伏发电的不断普及,相关的科研工作也在不断进展。整体发展方向正在从注重发电数量到发电质量和发电效率转变。由于光伏电池的输出特性具有较强的非线性特征,光伏电池的输出功率不仅与负载特性有关,外界环境(如光照强度、温度)同样会对其造成影响,这使得光伏系统的能量转换效率大大降低。针对以上问题,本文围绕最大功率点跟踪(MPPT)技术,设计出基于DSP的光伏MPPT控制器,通过时刻跟踪光伏电池的最大输出功率来提高太阳能利用效率。本文运用MATLAB/Simulink平台,首先,在数学模型的基础上搭建更利于工程应用的光伏电池模型,并分析了随外界环境变化的光伏特性规律。然后对光伏系统MPPT的实现机理进行阐述,在权衡各DC/DC电路优缺点后,选择Boost电路作为MPPT控制系统的主电路。在对当下热门的几种MPPT算法进行分析之后,将模糊控制引入到MPPT控制中,并提出了一种运用模糊控制来计算步长的变步长电导增量算法。该算法具有自动根据光照强度和温度的变化对步长进行调整的性质,当系统工作点距离最大功率点较远时采用大步长快速逼近最大功率点,随着工作点靠近最大功率点,匹配当前合适步长直至完成跟踪。借助模糊逻辑工具箱对算法进行了仿真,结果表明该算法可有效克服因步长选取引起的动态响应速度与稳态跟踪精度之间的矛盾,取得了较好的动态和稳态效果。接着,本文对系统的总体结构和控制方案进行了设计。采用TMS320F28035控制器作为控制芯片进行MPPT控制,并完成了包括电源电路,采样电路,驱动电路,保护电路在内的系统硬件电路的设计,利用CCS开发环境完成了主程序,AD采样,最大功率点跟踪和PWM生成等程序的编写。最后,对焊接的实物进行了软硬件的调试,由Lab VIEW搭建的上位机光伏数据采集和查询系统程序对控制器进行监测,结果表明所设计完成的MPPT控制器基本能够实现预期设想。
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