独立式光伏发电系统最大功率点跟踪算法研究

【摘要】：随着环境污染的加剧,人们开始利用绿色无污染的新能源代替高污染的化石能源。太阳能作为一种可再生的绿色清洁能源,其优点是取之不尽、用之不竭、无污染、无噪音,其应用现已成为新能源的热点领域。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,光伏发电进行最大功率跟踪显得尤为必要。作为光伏发电系统的核心部件,光伏电池的输出功率的大小代表了光伏发电系统性能的优劣。但是当受到外界条件影响时,光伏电池输出功率并不是一直保持在最大功率的状态下,因此,可以利用MPPT控制技术实时调整光伏电池的工作点,使光伏电池一直工作在最大功率点上,使光伏电池的利用率最大化。本文是利用独立式光伏发电系统对光伏电池的发电原理及发电系统进行了理论分析,与此同时也对MPPT基本算法进行了深入的研究,最终得出一种新型的MPPT算法,并对其进行了仿真分析。本文的具体工作内容如下：(1)介绍影响光伏电池功率转化效率的因素,分析光伏电池的等效电路。通过建立电池数学模型和Matlab仿真模型,验证了光伏电池的非线性特征。并在不同环境条件下测试光伏电池输出特性,并进行相应的分析。(2)光伏阵列可能会因光伏电池参数的不匹配造成阵列的失配损失,本文在理论分析的基础上建立两个单体的相应仿真模型,得出相应仿真结果,给出参数选择的相应原则。对串并联阵列的热斑效应进行分析,可知局部阴影对热斑效应的产生起重要作用。以工程用数学模型为基础,给出阴影条件下的数学模型和仿真模型,得到电池I-U和P-U特性曲线。研究局部阴影下阵列输出特性与阵列格局、遮挡模式、阴影数量、光照、温度等因素的关系,得出相应结论。并对局部阴影位置的检测给出相应方法。(3)分析MPPT工作原理,给出其相应的分类。对多种比较常见的控制方法的工作原理进行分析,给出他们之间的优缺点,在几种常见的控制算法基础上提出了一种改进的控制算法,提高MPPT跟踪控制精度和速度,避免了最大功率点处的“误判”。构建适合光伏发电的Boost DC/ DC变换器。(4)建立了带有MPPT功能的光伏发电系统仿真模型。在相同的仿真条件下,首先对CVT、PO、InCond、FLC四种方法进行了仿真,最后对改进的MPPT控制算法进了仿真分析,通过观察相应的输出功率仿真波形,并进行比较,得出改进算法的有效性。 【关键词】：太阳能 光伏电池 局部阴影 最大功率点跟踪 DC/DC变换器 Simulink
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 课题背景及意义14-15
• 1.2 国内外光伏发电技术研究现状及发展15-16
• 1.3 光伏发电系统及常见技术问题16-18
• 1.3.1 光伏阵列效率转换及阴影问题17
• 1.3.2 最大功率点追踪控制方法17-18
• 1.4 光伏发电的成本、市场及预测18-19
• 1.5 本文主要研究内容19-20
• 2 光伏电池原理及特性研究20-32
• 2.1 光伏电池的发电原理20-21
• 2.2 光伏电池转换效率及影响因素21-23
• 2.2.1 光伏电池转换效率21-22
• 2.2.2 光伏电池填充因子22-23
• 2.3 光伏电池等效电路及工程用数学模型23-27
• 2.3.1 光伏电池等效电路23-25
• 2.3.2 光伏电池工程用数学模型25-27
• 2.4 光伏电池特性分析27-30
• 2.4.1 光伏电池仿真分析28-29
• 2.4.2 不同条件下光伏电池特性分析29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 3 串并联阵列失配与局部阴影阵列输出特性32-58
• 3.1 阵列失配损失与电池参数对其影响32-39
• 3.1.1 电池参数对串联阵列失配影响33-36
• 3.1.2 电池参数对并联阵列失配的影响36-39
• 3.2 光伏电池阵列热斑效应39-42
• 3.2.1 热斑效应原理及内在因素39-40
• 3.2.2 光伏阵列串并联热斑效应分析40-42
• 3.2.3 热斑检测42
• 3.3 局部阴影阵列建模与输出特性分析42-47
• 3.3.1 阴影条件下光伏阵列建模42-44
• 3.3.2 阴影对阵列输出特性的影响44-47
• 3.4 阵列局部阴影位置检测方法47-56
• 3.4.1 基于最优电流传感器配置阵列局部阴影位置检测方法48-51
• 3.4.2 基于最优电压传感器配置阵列局部阴影位置检测方法51-56
• 3.5 本章小结56-58
• 4 最大功率点跟踪控制技术58-74
• 4.1 最大功率点跟踪原理58
• 4.2 常用最大功率点跟踪算法研究58-70
• 4.2.1 基于优化数学模型的MPPT控制方法59-61
• 4.2.2 基于扰动的寻优化的MPPT控制方法61-65
• 4.2.3 基于智能处理方法和其他非线性控制策略的MPPT控制方法65-68
• 4.2.4 基于输出端控制的MPPT控制方法68-70
• 4.3 改进的MPPT控制方法70-71
• 4.4 DC/DC变换器设计(DC/DC Converter Design)71-73
• 4.4.1 Buck(降压)变换器71-72
• 4.4.2 Boost(升压)变换器72-73
• 4.5 本章小结73-74
• 5 光伏发电系统的仿真分析74-88
• 5.1 仿真软件简介74
• 5.2 Boost变换器仿真74-76
• 5.3 MPPT仿真比较分析76-86
• 5.3.1 恒定电压法仿真77-79
• 5.3.2 扰动观察法仿真79-81
• 5.3.3 电导增量法仿真81-82
• 5.3.4 模糊控制法仿真82-85
• 5.3.5 改进的MPPT控制算法仿真85-86
• 5.4 本章小结86-88
• 6 结论与展望88-90
• 6.1 工作总结88-89
• 6.2 展望89-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-96
• 作者简介及读研期间主要科研成果96

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