基于改进TLBO算法的光伏阵列MPPT与分布式拓扑结构研究

【摘要】：光伏阵列是光伏发电系统能量变换的核心。遮阴情况下，其输出呈现出多峰值特性，此时诸如扰动观察法等常见算法不能有效跟踪到最大功率点；另外，光伏电池还可能出现由于光伏失配导致的一系列问题，常规的解决方法是通过旁路二极管来保障光伏电池的安全，却降低了阵列的发电效率。因此，寻找更适合的最大功率点跟踪算法和建立新的光伏电池连接结构对提高阵列的发电效率和可靠性具有十分重要的意义。 本文在大量查阅国内外相关文献的基础上，通过引入“预习”阶段和“自习”阶段，改进了“教与学”优化算法(Modified Teaching-Learning-based Optimization,简称MTLBO)，对比分析表明，新算法在收敛速度方面有明显提高，全局寻优能力亦有所增强。将其应用于遮阴情况下光伏发电系统，可准确找到全局最大功率点。此外，设计了一种基于微型DC/DC优化器的分布式光伏阵列拓扑结构，该结构为每块光伏电池配备一个由Boost电路构成的优化器，取代常规的反向二极管，实现面板级的最大功率点跟踪；对比实验表明，该拓扑结构可以有效降低遮阴光伏电池对支路其它电池的影响，在各种遮阴条件下显著提升系统的发电效率并保障光伏阵列的安全。 在仔细分析光伏电池电气特性的基础上建立了SIMUlink仿真模型。搭建采用MTLBO算法进行最大功率点跟踪的分布式独立光伏发电系统仿真模型，进行动态遮阴实验，验证了本文所提出的算法和拓扑结构的可行性和有效性。 【关键词】：局部遮阴 MPPT 分布式拓扑 TLBO
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 课题的背景及意义7-8
• 1.1.1 研究的背景7-8
• 1.1.2 研究的意义8
• 1.2 国内外研究现状8-11
• 1.2.1 国内外光伏产业发展现状8-10
• 1.2.2 最大功率点跟踪技术研究现状10-11
• 1.2.3 分布式光伏阵列拓扑结构研究现状11
• 1.3 本文的研究内容11-13
• 2 光伏电池模型与输出特性13-21
• 2.1 光伏电池工作原理13-14
• 2.2 光伏电池模型14-17
• 2.3 输出特性17-19
• 2.3.1 均匀光照下光伏电池输出特性17-18
• 2.3.2 不均匀光照下光伏电池输出特性18-19
• 2.4 光伏发电系统的构成及功能19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 最大功率点跟踪算法研究21-40
• 3.1 常见最大功率点跟踪算法分析21-24
• 3.1.1 恒电压跟踪法21
• 3.1.2 扰动观察法21-22
• 3.1.3 电导增量法22-24
• 3.1.4 基于人工智能的方法24
• 3.2 “教与学”优化算法24-29
• 3.2.1 基本“教与学”优化算法24-25
• 3.2.2 改进“教与学”优化算法25-29
• 3.3 数值仿真分析29-37
• 3.3.1 仿真参数设置29-30
• 3.3.2 基本“教与学”优化算法测试30-34
• 3.3.3 改进“教与学”优化算法测试34-37
• 3.4 基于改进“教与学”算法的最大功率点跟踪37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 分布式光伏阵列拓扑结构与微型 DC/DC 优化器40-53
• 4.1 光伏阵列拓扑结构40-42
• 4.1.1 集中式光伏阵列拓扑结构及分析40-41
• 4.1.2 分布式光伏阵列拓扑结构及分析41-42
• 4.2 微型 DC/DC 优化控制器42-45
• 4.2.1 常用最简 DC/DC 电路42-43
• 4.2.2 微型 DC/DC 电路拓扑选择43-45
• 4.3 仿真分析45-52
• 4.3.1 光伏电池仿真模型及模型验证45-47
• 4.3.2 两种拓扑结构光伏串联支路对比仿真47-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 分布式独立光伏发电系统的仿真53-58
• 5.1 分布式拓扑结构光伏阵列仿真53-55
• 5.2 动态遮阴下分布式独立光伏发电系统仿真55-57
• 5.3 本章小结57-58
• 6 结论与展望58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录65
• A.作者在攻读学位期间发表论文及申请专利目录65
• B.作者在攻读学位期间参与的科研项目目录65

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