局部阴影条件下基于模糊控制的光伏阵列重构系统的研究

【摘要】：由于光伏发电系统的结构及其所处环境十分复杂,局部阴影或光照不均造成的阵列失配现象,使P-U特性由单峰值曲线变为多峰值曲线,不仅使光伏阵列的输出功率降低,其热斑效应还会造成安全和可靠性问题。目前,解决局部阴影影响的方法有两种:一是改变光伏阵列发电系统的结构,把集中式系统转变为多串式系统,但是这种办法会造成系统中变换器、控制器的数量大大增加,使整个系统的结构变复杂、提高成本、降低了可靠性。其二是在集中式光伏阵列发电系统中,应用全局峰值判定的最大功率点跟踪算法,但这种算法复杂,对控制器计算速度和精度要求较高,不易在硬件中实现。 为解决输出功率受局部遮荫影响的问题,本文提出了一种光伏阵列的局部重构方法,通过改变光伏阵列的连接方式,用没被遮荫的光伏组件去补偿被遮荫的组件,改善了局部阴影下光伏阵列的输出特性,同时也避免了复杂的优化算法。 为提高补偿的效率,本文首次将遮荫度模型的概念运用到光伏阵列模糊控制重构算法中。根据电池组各子模块遮荫度的不同,用专家系统的经验知识归纳总结模糊规则,经过模糊推理得出所需补偿电池组件的数目,用开关矩阵进行算法的实现,达到了降低光伏阵列的输出功率损耗的目的。 搭建了光伏电池重构系统的硬件电路,在室外不同局部阴影条件下进行了实验。实验结果表明,光伏阵列经过重构后,被遮荫子模块的电压和输出电流值基本恢复到被遮荫前的水平。当阴影条件发生改变时,光伏阵列会再次重构,说明其对于环境的变化有着较好的响应能力。 【关键词】：光伏阵列 局部遮荫 模糊控制 系统重构
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 太阳能发电概述7-10
• 1.1.1 世界太阳能发电发展现状与未来趋势7-8
• 1.1.2 中国太阳能发电发展现状与未来趋势8-10
• 1.1.3 太阳能发电的研究领域与面临问题10
• 1.2 本课题主要研究内容10-11
• 第二章 光伏发电系统的工作原理及应用问题11-26
• 2.1 太阳能电池的发电原理和特性11-14
• 2.2 光伏发电系统的种类、组成及其应用14-19
• 2.2.1 光伏发电系统的种类14-15
• 2.2.2 光伏发电系统的组成15-17
• 2.2.3 光伏发电系统的应用17-19
• 2.3 光伏阵列的局部阴影问题19-21
• 2.3.1 局部阴影的形成与危害19-20
• 2.3.2 光伏阵列的失配现象与热斑效应20-21
• 2.4 最大功率点跟踪原理的简介21-22
• 2.5 几种局部阴影下光伏发电技术的比较22-26
• 第三章 局部阴影下光伏阵列重构方法的研究26-37
• 3.1 光照强度对光伏电池输出特性的影响26-28
• 3.2 光伏阵列的不同结构28-31
• 3.3 不同光照条件下光伏电池的性能测试31-33
• 3.4 光伏阵列的重构方法33-37
• 3.4.1 光伏阵列的局部重构34-35
• 3.4.2 光伏阵列的完全重构35-37
• 第四章 基于遮荫度模型的光伏阵列模糊控制重构算法37-49
• 4.1 光伏阵列重构算法的设计37-40
• 4.1.1 光伏电池的遮荫度模型37-38
• 4.1.2 基于遮荫度模型的光伏阵列重构算法38-40
• 4.2 基于模糊控制的光伏阵列重构算法40-46
• 4.2.1 模糊控制理论概述40
• 4.2.2 光伏阵列重构算法的模糊设计40-45
• 4.2.3 基于模糊控制的光伏阵列重构算法的分析45-46
• 4.3 算法程序的编译、调试及仿真46-49
• 第五章 光伏阵列重构系统硬件电路设计49-62
• 5.1 重构系统总体设计49-50
• 5.2 重构系统各部分的设计50-57
• 5.2.1 光伏阵列的模拟50-51
• 5.2.2 开关矩阵的结构51-52
• 5.2.3 控制器选型及外围电路设计52-54
• 5.2.4 电压采样电路设计54-56
• 5.2.5 电流采样及开关矩阵驱动电路设计56-57
• 5.3 实验结果及数据分析57-62
• 第六章 总结与展望62-65
• 6.1 总结62-63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 发表论文和科研情况说明69-70
• 致谢70

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