太阳能光伏电池工程用仿真模型及其MPPT控制算法研究

【摘要】：在当今全球经济快速发展不断加剧能源需求与环境保护矛盾的背景下,光伏发电技术得到了广泛关注。实用的光伏电池仿真模型和高效的最大功率点追踪(MPPT)控制算法对光伏发电的推广应用具有十分重要的意义。论文主要对光伏电池建模和MPPT控制算法进行了研究。在当前实际工程广泛使用的光伏电池4参数行为模型及相应的电池性能参数修正公式中,补偿系数采用推荐典型值时,得到的仿真曲线与光伏电池温度特性不符。针对这一问题,论文基于实际光伏电池数据手册中相关系数实测值和相关研究文献对补偿系数的调整结果,结合实际的仿真情况,提出了温度补偿系数的设置建议。针对现有电池仿真模型普遍存在移植难度大和参数设置不便等不足,论文基于Matlab/Simulink平台开发了封装成精装子系统的光伏电池工程用仿真模型,模型具有很好的可移植性和便捷性,满足工程应用需求。相应的仿真结果表明:按照论文所提的温度补偿系数设置建议对相应的系数进行设置,所开发的仿真模型对不同环境条件下的实际电池输出特性均能够较好地进行模拟。在外界光照辐射强度快速连续变化情况下进行MPPT,功率预测法虽然能够成功避免误判现象的发生,但其追踪至系统最大功率点(MPP)附近时,因其单一的逻辑判断机制会使得系统功率在MPP两侧发生不必要的往返振荡现象,降低了系统的追踪效率,同时还使得追踪过程中系统的工作点与MPP发生较大的偏离,增加了不必要的功率损失。针对这一问题,论文对功率预测法进行了改进,引入了外界光照辐射强度变化剧烈程度判据和系统工作点位置判据,在原有算法的基础上增加了新的逻辑判断机制,依据外界光照辐射强度的变化剧烈程度和系统工作点位置选择合适的算法及相应的逻辑判断机制,通过多种逻辑判断机制的联合应用,在外界光照辐射强度快速连续变化情况下对系统的MPP进行快速准确地追踪。在系统工作点位置判据中,改进功率预测法通过设置功率阈值的方式将系统工作点位置划分为“MPP附近”和“远离MPP”两个区域,为了便于改进算法的推广应用,论文推导了功率阈值的计算公式。论文所提的改进功率预测法并没有增加算法的实现困难程度,便于工程实现,有较高的工程化应用优势。相应的仿真结果表明:所提的改进功率预测法能够很好地消除功率预测法的功率振荡现象,提高了整个MPPT控制系统的追踪效率,提升了整个光伏系统的经济效益。 【关键词】：光伏电池 补偿系数设置建议 功率预测法 最大功率点追踪 功率振荡 改进功率预测法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题的背景和意义8-10
• 1.1.1 课题的背景8
• 1.1.2 课题的意义8-10
• 1.2 光伏电池仿真模型及其MPPT控制算法的研究现状10-14
• 1.2.1 光伏电池仿真模型的研究现状10-11
• 1.2.2 光伏电池MPPT控制算法的研究现状11-14
• 1.2.3 现有MPPT控制算法的不足14
• 1.3 本文完成的主要工作14-16
• 2 光伏电池工作机理及其MPPT控制机理分析16-23
• 2.1 光伏电池的基本工作原理16-17
• 2.2 光伏电池的特性17-20
• 2.2.1 光伏电池的等效电路17-18
• 2.2.2 光伏电池的输出特性18-19
• 2.2.3 外界环境对光伏电池输出特性的影响19-20
• 2.3 光伏电池MPPT控制机理分析20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 光伏电池工程用仿真模型23-38
• 3.1 光伏电池4参数行为模型23-24
• 3.2 光伏电池性能参数对环境影响因素的修正24
• 3.3 温度补偿系数的设置建议24-27
• 3.4 仿真模型的开发27-32
• 3.4.1 模型的功能实现流程27-28
• 3.4.2 电池性能参数修正模块28-29
• 3.4.3 电池输出特性模拟模块29-30
• 3.4.4 模型的封装30-32
• 3.5 模型的可行性验证32-36
• 3.6 本章小结36-38
• 4 改进功率预测法在光伏系统MPPT中的应用38-56
• 4.1 扰动观察法的误判现象38-40
• 4.2 功率预测法的防误判原理及其功率振荡现象40-43
• 4.2.1 功率预测法的防误判原理40-42
• 4.2.2 功率预测法的功率振荡现象42-43
• 4.3 功率预测法的改进43-50
• 4.3.1 算法的改进思路43-44
• 4.3.2 外界光照强度变化剧烈程度判据44-45
• 4.3.3 系统工作点位置判据45-46
• 4.3.4 改进算法的新逻辑判断机制46-48
• 4.3.5 功率阈值的计算48-50
• 4.4 仿真分析50-54
• 4.4.1 DC-DC变换器参数设计50-51
• 4.4.2 仿真结果分析51-54
• 4.5 本章小结54-56
• 5 结论与展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 附录64
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文64
• B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目64

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

2002年世界光伏电池产量    于培诺 ,王长贵

2003年世界光伏电池产量    王长贵 ,于培诺

高效低耗的光伏电池    胡建明

光伏电池设备:关注大尺寸自动化    

我国获取提高聚合物光伏电池性能新方法    

奥开发出电动车专用光伏电池系统    

浅述光伏电池的研究发展趋势    吴晓莉;

未来的光伏电池能源    

透明光伏电池光电效率提升一倍    

日本开发新光伏电池技术    

利用结晶实现塑基光伏电池形态的控制    杨小牛;鲁广昊;黎立桂;

光伏电池工程用数学模型研究    傅望;郭珂;周林;

包含近场热传递的热光伏电池系统的性能分析    翟小锋;赖建军;

973项目-低价、长寿命新型光伏电池的基础研究    耿新华;

光伏电池表面周期性微结构减反特性分析与计算    徐琴芳;忽满利;李听昕;赵佩;高平安;梁磊;向光华;孙浩;

有机光伏电池中的界面效应研究    魏怀鑫;李艳青;唐建新;

有机光伏电池进展    景悦林;曹莉;

基于Matlab/Simulink的光伏电池特性仿真研究    苑舜;吴桐;蔡志远;

聚合物薄膜光伏电池    印寿根;杨利营;

石墨烯材料光伏电池的研究    印寿根;陈永胜;

限制中国光伏电池产品将破坏全球清洁能源健康发展    记者 方方

斯坦福大学团队研发出自冷却光伏电池    王菁　编译

光伏电池的应用与实践    广西 退休教师 赵春霆

光伏电池设备：关注大尺寸 自动化    中电科技集团公司第二研究所 杜海文张瑾

拓日新能8.5亿元投资光伏电池    本报记者 李瞧　收集整理

奥地利开发出电动汽车专用光伏电池系统    刘钢　黄国栋

霍尼韦尔推出晶硅光伏电池新材料    顾定槐　王晓岚

2010年我国光伏电池产量达8吉瓦    王佑

拓日新能拟斥8.49亿再建光伏电池生产线    记者 吴芳兰　编辑 祝建华

拓日新能8.5亿投资光伏电池    邢佰英

光伏电池表面微结构制备及其抗反射性能研究    张伟

多酸/ZnO光伏电池的构建和性能研究    罗新泽

锑化物热光伏电池材料的MOCVD生长特性研究及其器件模拟    彭新村

太阳能级硅（SOG-Si）光伏电池中多孔硅吸杂工艺及其神经网络分析方法研究    张彩珍

自动气象站用太阳能高效控制系统的设计    印晶

光伏电池单二极管模型显式建模方法研究    郭婷婷

基于MPPT控制器的光伏系统设计研究    付营飞

基于CFD模拟下太阳能光伏通风玻璃窗应用于建筑的研究    常琛

采用自适应区间扰动MPPT的光伏发电系统的研究    周华

数字式光伏电池模拟器设计与实现    刘一欣

具有MPPT功能的太阳能发电并网逆变器    王璐

CPC耦合PV/T系统设计及其热电性能研究    李晓磊

便携式光伏电源控制器及其关键技术    孙传杰

微尘传感环能回收装置的研究    王雅岑