遮阴情况下光伏发电系统输出功率最优策略研究

【摘要】：太阳能作为一种绿色洁净能源，因其对环境污染极小，且具有资源分布广泛、潜力巨大、适宜就地开发利用等特点，正受到越来越多的科学家的重视。光伏发电是利用太阳能的一个重要途径，光伏发电系统一般安装在平坦开阔、日照时间充裕的地方，但是阴天的云彩、光伏阵列表面的积灰以及光伏组件出厂时的制造差异、表面裂纹、边缘短路等情况都会导致光伏阵列遮阴现象的发生。此时处在阴影下的电池将会变成负载吸收其余正常电池输出的能量，使系统的输出功率大幅度降低，严重时甚至导致热斑效应，使光伏阵列起火，毁坏光伏电池绝缘栅线。因此如何削弱遮阴现象对光伏发电系统的影响，是目前光伏发电技术研究中的一个热点问题。 遮阴现象会导致系统的输出功率急剧降低，而且为了避免热斑效应带来的危害，通常的做法是在光伏组件的两端并联旁路二极管，但它的存在又会带来系统输出曲线呈现多峰值现象，使得传统的最大功率点跟踪算法失效。通过实验证明，不同的拓扑结构，在相同条件下系统的输出也不同，因此研究受遮阴影响最小的一种结构非常有必要，而且当系统输出曲线呈现多峰值时，如何跟踪到全局最大功率点而使能量不造成浪费，也是目前急需研究的一个内容。 本文以光伏发电系统为研究对象，以最大限度的提高系统输出功率为主要目标。通过研究对比光伏阵列在均匀光照和局部遮阴两种情况下光伏发电系统的输出，进一步细化为研究不同拓扑结构、不同外接电路、不同环境条件下系统的输出，得出一组在遮阴情况下受影响最小的最优拓扑结构。采用粒子群算法对光伏发电系统进行最大功率点跟踪，最大限度地提升系统的输出功率。 结果表明，最优拓扑结构受局部阴影影响最小，可获得最大输出功率，粒子群算法能快速跟踪到最大功率点，提高了光伏发电系统的输出功率，为光伏组件设计提供了依据。 【关键词】：局部遮阴现象 光伏阵列拓扑结构 旁路二极管 最大功率点跟踪 粒子群算法
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 光伏发电技术产生背景9-11
• 1.1.1 光伏发电技术应用10
• 1.1.2 我国光伏发电发展趋势及研究意义10-11
• 1.2 遮阴现象11-13
• 1.2.1 热斑效应及危害11-12
• 1.2.2 解决方法12
• 1.2.3 光伏系统遮阴现象研究现状12-13
• 1.3 本文主要研究内容和创新点13-15
• 第二章 光伏发电系统及最大功率点跟踪算法15-23
• 2.1 光伏发电系统的组成15-16
• 2.2 PV 系统在均匀光照和遮阴情况下的电气特性研究16-18
• 2.2.1 均匀光照下 PV 系统电气特性分析16-17
• 2.2.2 遮阴情况下 PV 系统电气特性分析17-18
• 2.3 最大功率点跟踪算法18-22
• 2.3.1 传统的 MPPT 控制算法19-21
• 2.3.2 遮阴下的最大功率点跟踪算法21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 光伏电池模型及粒子群算法23-30
• 3.1 光伏电池数学模型23-25
• 3.2 光伏电池仿真模型25-26
• 3.3 粒子群算法26-29
• 3.3.1 基本粒子群算法26-27
• 3.3.2 粒子群算法的优缺点27
• 3.3.3 粒子群优化算法参数27-28
• 3.3.4 粒子群优化算法设计流程28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 光伏阵列拓扑结构对系统输出的影响30-47
• 4.1 光伏阵列拓扑结构30-31
• 4.2 光照均匀时系统的输出特性仿真31-32
• 4.3 局部阴影下系统的输出特性仿真32-44
• 4.3.1 被遮挡模块的数目对系统输出的影响32-35
• 4.3.2 旁路二极管对系统输出的影响35-41
• 4.3.3 最优拓扑结构41-44
• 4.4 旁路二极管的作用44-45
• 4.5 PSO 算法寻优45-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第五章 遮阴情况下的 MPPT 算法47-53
• 5.1 遮阴下的光伏阵列模型47-48
• 5.2 粒子群算法测试48-50
• 5.3 基于 PSO 的 MPPT 算法50-52
• 5.4 本章小结52-53
• 结论与展望53-54
• 参考文献54-57
• 附录57-59
• 攻读硕士期间发表的论文59-60
• 致谢60

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