光伏发电多峰最大功率点跟踪（MPPT）控制方法研究

【摘要】：当今世界面临着能源危机和环境污染两大问题,各国都在极力探索和开发无污染高储量的新能源。太阳能因其普遍性、无污染性、储能的无限性以及利用开发的经济性而成为新能源的主要选择之一。光伏发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势,最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)技术的应用大大提高了太阳能光伏系统的发电效率。但是由于光伏阵列露天摆放,经常会受到周围环境(高层建筑,树木以及天空乌云)的影响而使得光伏阵列所受光照不均匀,形成局部阴影。局部阴影容易造成光伏阵列输出特性变复杂,其P-U曲线呈现多峰值特性,传统的MPPT方法很难从多个局部MPP中找到全局MPP,导致输出功率的损失。故需要根据光伏阵列在局部阴影条件下的输出特性,设计能够跟踪到全局MPP的最大功率点跟踪方法,即多峰MPPT方法。多峰MPPT方法大大缓解了由局部阴影造成的损失。但是这些方法在准确性、功率振荡等方面表现不一,对于评价MPPT方法在复杂阴影下的跟踪性能,目前缺乏统一的标准。因此,如何判断众多多峰MPPT方法在局部阴影条件下的性能优劣,如何设计更高效的多峰MPPT算法对于提高光伏发电系统的发电效率具有重要意义。本文首先介绍了光伏阵列的基本构成,分析了局部阴影对光伏阵列输出特性的影响,并在Matlab环境中对局部阴影下光伏阵列的输出特性进行了仿真建模。然后在大量文献阅读的基础上,介绍了几种经典的基于代数算法的多峰MPPT算法的基本原理,并对其在大量典型局部阴影案例下的MPPT成功率、动态功率振荡等进行比较分析。在对比结果的基础上,提出了一种较为高效的多峰MPPT算法—负载线和山峰搜索相结合的多峰MPPT算法,并在Simulink环境中验证了算法的可行性。而后,本文重点提出了针对多峰MPPT算法的综合评价方法。首先,通过指标和权重系数的确定,构造了综合评价模型。然后,对某一天中随着环境变化而引起的阴影变化进行建模,用以对多峰MPPT算法针对各指标的性能表现进行评估。基于仿真结果,使用灰色关联分析对各多峰MPPT算法进行评价。结果表明,本文所提出的多峰MPPT算法在静态性能上具有优势,且在综合性能方面表现不俗。 【关键词】：光伏发电 局部阴影 多峰最大功率点跟踪 综合评价
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 MPPT技术研究现状11-13
• 1.3 本文研究的主要内容和章节安排13-15
• 第2章 光伏阵列建模与MPPT方法对比分析15-31
• 2.1 光伏阵列的基本构成15-21
• 2.1.1 光伏电池等效模型15-17
• 2.1.2 热斑现象17-18
• 2.1.3 局部阴影下光伏发电系统Matlab建模18-21
• 2.2 多峰最大功率点跟踪方法21-25
• 2.2.1 负载线交点法21-22
• 2.2.2 负载线对称法22
• 2.2.3 斐波那契搜索法22-23
• 2.2.4 P-U曲线斜率法23-24
• 2.2.5 功率增量法24-25
• 2.2.6 导数定位法25
• 2.3 Matlab环境下多峰MPPT算法对比分析25-29
• 2.3.1 案例设置26
• 2.3.2 仿真结果分析26-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第3章 负载线和山峰搜索相结合的多峰MPPT算法31-42
• 3.1 算法基本原理31-32
• 3.2 算法重启条件32-33
• 3.3 算法流程33-35
• 3.4 Matlab/Simulink仿真分析35-40
• 3.4.1 Boost电路原理35-36
• 3.4.2 结果分析36-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 多峰MPPT算法综合评价方法42-58
• 4.1 综合评价模型42-48
• 4.1.1 评价体系的建立43-44
• 4.1.2 评价指标的量化44-46
• 4.1.3 指标权重的确定46-47
• 4.1.4 无量纲化处理47
• 4.1.5 灰色关联投影法47-48
• 4.2 局部阴影的PVsyst建模48-51
• 4.3 多峰MPPT算法对比分析51-57
• 4.3.1 分指标结果对比51-55
• 4.3.2 综合评价结果55-56
• 4.3.3 m文件与simulink仿真结果的差异分析56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 总结与展望58-60
• 5.1 总结58
• 5.2 展望58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果65

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