基于粒子群算法的局部遮阴光伏发电系统MPPT控制的研究

【摘要】： 局部遮阴或光照不均等现象在各种光伏发电系统中是普遍存在的。遮阴造成的阵列失配现象以及热斑现象不仅会影响太阳能系统的功率输出,造成安全和可靠性问题,并且在局部阴影条件下光伏阵列的P-V特性出现多个极值点,使得常规的最大功率跟踪算法在这种情况下失效。克服局部遮阴对阵列输出功率影响的解决办法主要分为两个方面,一是研究具有全局搜索能力的最大功率跟踪算法,另外就是研究太阳能阵列结构的优化组合方法。目前国内外对局部遮阴下最大功率跟踪算法的研究仅限于对常规算法的一些改进或是引入复杂的计算,并且对阵列结构讨论不够深入。 针对局部遮阴情况下的光伏阵列特性出现多个极值点的问题,并且考虑到粒子群算法在多峰函数优化、全局寻优方面的良好性能,本文把粒子群算法应用到了光伏发电系统的最大功率跟踪控制当中,提出了基于粒子群的局部遮阴下的多峰最大功率控制算法。算法主要是针对传统的串联式结构,使用粒子群与MPPT算法相结合,解决了局部遮阴下多峰寻优的问题。 通过对光伏发电系统的阵列结构的深入分析,介绍了一种新型的独立组件并网发电结构,它不存在遮阴引起的光伏组件之间的不匹配损耗。每个组件具有独立的MPPT控制器,是未来最具有竞争力的光伏发电系统结构。独立组件结构需要对每个模块进行独立的最大功率控制,其本质上是一个多变量控制问题,利用粒子群算法的多变量寻优的特性,对光伏阵列的多个模块的最大功率点进行寻优,实现了光伏模块的群控。两种算法都是把粒子群算法的寻优和常规的最大功率跟踪算法的结合起来,不仅很好地克服了局部遮阴带来的问题,而且实现了两种算法优点的互补,提高了最大功率的输出总量和最大功率跟踪控制的准确性和收敛速度。 通过在Matlab/Simulink中对两个算法进行仿真实验,验证了算法的有效性,并且分析了两个算法在最大功率跟踪上的优略。最后,搭建了系统的硬件电路,在室外人为制造的局部遮阴情况下进行了实验,实验结果光伏模板的输出电压被稳定地控制在最大功率点的电压附近,从而证明了算法的有效性。 【关键词】：粒子群算法 局部遮阴 最大功率点跟踪 光伏发电系统
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 国内外发展现状7-9
• 1.1.1 国外光伏发电现状和发展趋势7-8
• 1.1.2 国内光伏发电现状和发展趋势8-9
• 1.1.3 光伏发电产业发展需要解决的问题9
• 1.2 本课题主要研究内容9-11
• 第二章 光伏发电系统原理及应用问题11-25
• 2.1 太阳能电池的原理和特性11-14
• 2.2 光伏发电系统的分类及其应用14-18
• 2.2.1 光伏发电系统的分类14-15
• 2.2.2 光伏发电系统的应用15-16
• 2.2.3 光伏发电系统的结构16-18
• 2.3 局部遮阴等光伏模板失配现象的分析18-21
• 2.3.1 局部遮阴现象的讨论18-20
• 2.3.2 热斑效应及解决方法20-21
• 2.5 光伏发电系统最大功率点跟踪的原理21-22
• 2.6 局部遮阴下的MPPT算法方法比较22-25
• 第三章 粒子群算法特点及其应用25-31
• 3.1 基本粒子群算法及算法的优缺点25-27
• 3.2 粒子群算法与其他进化算法的比较27-28
• 3.3 粒子群优化算法参数和设计流程28-31
• 3.3.1 设计流程28-29
• 3.3.2 算法参数29-31
• 第四章 粒子群在多峰式和分布式MPPT中的应用31-46
• 4.1 串联结构的多峰值PSO-MPPT控制31-41
• 4.1.1 光伏阵列的多峰模型分析与仿真31-36
• 4.1.2 多峰式PSO-MPPT算法的设计36-41
• 4.2 模块化结构下的分布式MPPT控制41-45
• 4.2.1 模块化系统结构的特点41-42
• 4.2.2 分布式PSO-MPPT算法的设计42-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第五章 粒子群分布式MPPT算法的Matlab/Simulink仿真46-51
• 5.1 系统各模块的仿真46-48
• 5.1.1 太阳能电池模块的Simulink建模46-47
• 5.1.2 Boost电路的Simulink建模47
• 5.1.3 PWM 脉冲信号和电压控制环节的 Simulink 建模47
• 5.1.4 粒子群MPPT寻优环节的Simulink仿真47-48
• 5.2 基于PSO控制算法的MPPT控制系统的仿真48-49
• 5.3 仿真结果与分析49-51
• 第六章 系统硬件电路设计51-65
• 6.1 硬件电路总体设计51
• 6.2 DC/DC变换器的设计51-56
• 6.2.1 典型的DC/DC变换电路52-53
• 6.2.2 Boost变换器的工作原理53-54
• 6.2.3 Boost变换器的参数选择54-56
• 6.3 控制电路模块56-61
• 6.3.1 单片机外围电路功能介绍57-59
• 6.3.2 采样电路设计59-60
• 6.3.3 MOSFET驱动电路设计60-61
• 6.4 实验结果及数据分析61-65
• 第七章 总结与展望65-68
• 7.1 总结65-66
• 7.2 展望66-68
• 参考文献68-72
• 发表论文和科研情况说明72-73
• 致谢73

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