局部阴影下光伏阵列的建模与动态组态优化

【摘要】：随着全球范围内的能源危机和环境问题日益严重,新能源的研究与应用受到世界各国的广泛关注。太阳能以其分布广泛、储量巨大、清洁环保等优点得到广泛应用。光伏阵列是整个光伏系统的能量源泉,为使整个系统高效运行,首先必须了解光伏阵列的电气特性。在实际应用中光伏阵列经常处在局部阴影中,而光伏组件的供应商只提供标准测试条件下的电气特性,为全面了解光伏阵列在局部阴影条件下功率输出与伏安特性曲线的变化,为最大功率点的跟踪和逆变器的高效运行提供依据,建立局部阴影条件下光伏阵列的模型是非常重要的。传统的光伏阵列的串并联结构是固定的,当阴影发生时,阵列中的光伏组件会互相影响,导致光伏阵列的输出功率减少。为减小阴影的影响,使光伏阵列根据自身的工作状态实时自动调整其连接方式,即动态组态优化,是提高光伏阵列输出功率的重要方法。 本文针对局部阴影下光伏阵列的模型和组态优化控制策略进行了研究,主要工作如下： (1)详细分析了光伏电池的工作原理和热斑产生的原理；运用专业仿真软件PV System分别仿真了光伏阵列的外特性和旁路二极管的数量对光伏组件最大输出功率的影响；运用MATLAB仿真软件建立了局部阴影条件下光伏阵列的模型；通过上述仿真得出了光伏阵列的伏安特性和最大输出功率在太阳辐射强度、温度、阴影和旁路二极管的数目等外部因素作用下的变化,最后总结了局部阴影条件下提高光伏阵列最大输出功率的方法。 (2)对现有的光伏阵列的建模方法进行详细的对比分析；通过搭建实验平台,采集样本数据,在分别用交叉验证法和遗传算法对参数寻优的基础上,运用支持向量机对局部阴影条件下的光伏阵列进行建模,并与RBF神经网络建模进行了对比,通过对比发现,基于支持向量机所建的模型精度较高,但是运算时间较长。 (3)对现有的各种光伏阵列组态优化控制策略的原理进行了详细对比分析,并总结了各种控制策略的异同和优缺点,在此基础上提出了在光伏阵列的组态优化控制策略中应注意的几个问题；基于光强均衡原理进行MATLAB仿真,得出光伏阵列TCT结构时,每行组件光强的总和与光伏阵列最大输出功率之间的关系。 (4)设计了包括开关矩阵、检测电路、信号调理电路和驱动电路的组态优化控制系统硬件平台；并基于DSP的CCS集成开发环境进行了相关组态优化控制策略的软件程序设计；总结了在编程设计中遇到问题及解决方法和CCS编程中应注意的问题；通过搭建的硬件和软件平台,验证了该组态优化算法的可行性；并对基于模型预测控制的光伏阵列组态优化方法的平台设计进行了构思。 【关键词】：局部阴影 光伏阵列 建模 支持向量机 组态优化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 符号说明11-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题的研究背景与意义12-13
• 1.2 课题的研究现状13-15
• 1.3 课题的主要研究内容15-17
• 第二章 光伏阵列的工作原理及MATLAB仿真17-30
• 2.1 太阳能电池的工作原理17-19
• 2.1.1 半导体的内光电效应与光生伏特效应17-18
• 2.1.2 太阳能电池的材料和发展18-19
• 2.2 局部阴影下光伏阵列的MATLAB仿真19-23
• 2.2.1 太阳能电池的等效电路及外特性19-21
• 2.2.2 局部阴影条件下光伏阵列的MATLAB仿真21-23
• 2.3 光伏阵列的热斑效应23-25
• 2.4 旁路二极管的数目对光伏模组输出最大功率的的影响25-28
• 2.5 局部阴影下提高光伏阵列最大输出功率的方法28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 基于支持向量机的光伏阵列的建模30-42
• 3.1 光伏阵列建模方法的综述30-31
• 3.2 支持向量机回归理论推导31-35
• 3.3 基于支持向量机建立局部阴影下光伏阵列的模型35-41
• 3.3.1 实验平台的搭建35-37
• 3.3.2 建模步骤37-38
• 3.3.3 参数C和σ的选择的方法38-40
• 3.3.4 实验结果分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 光伏阵列动态组态优化的研究42-53
• 4.1 局部阴影对光伏阵列最大输出功率的影响42-43
• 4.2 光伏阵列的组态优化控制策略43-49
• 4.2.1 光伏阵列的组态方式43
• 4.2.2 基于电池元局部补偿思想的控制策略43-46
• 4.2.3 基于全部重组思想的控制策略46-48
• 4.2.4 基于分段调整的控制策略48-49
• 4.2.5 基于模型预测控制的控制策略49
• 4.3 基于光强均衡算法MATLAB仿真49-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 光伏阵列动态组态优化系统的设计53-75
• 5.1 系统的总体设计53-54
• 5.2 系统硬件平台的设计54-61
• 5.2.1 控制芯片及其外围电路的设计54-56
• 5.2.2 开关矩阵的设计56-58
• 5.2.3 驱动电路的设计58-59
• 5.2.4 采样电路和调理电路的设计59-61
• 5.3 系统控制算法的设计61-65
• 5.3.1 DSP软件开发环境简介61
• 5.3.2 主程序工作流程设计61-62
• 5.3.3 中断服务程序的设计62-64
• 5.3.4 TMS320F2812编程注意事项64-65
• 5.4 实验结果分析65-72
• 5.4.1 局部阴影对输出特性的影响65-69
• 5.4.2 动态组态优化的实验结果69-72
• 5.5 基于模型预测控制的光伏阵列动态组态优化控制的构想72-74
• 5.6 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-83
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与项目83-84
• 学位论文评阅及答辩情况表84

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