局部阴影下的光伏阵列MPPT算法研究

【摘要】：能源是人类社会发展的物质基础和动力来源。一方面世界经济的高速发展以及世界人口的持续增长,使得能源的总需求量正以惊人的速度增长；另一方面全球的化石燃料储量日益减少,并存在枯竭的危机。此外,化石燃料的大量使用造成了严重的环境问题。所以开发利用绿色可再生能源迫在眉睫。光伏发电是新兴的可再生能源技术,以其自身特点得到了人们的关注。本文以光伏发电系统作为研究对象,以获得遮阴下的光伏阵列的最大输出功率为研究目标。从以下几个方面做了具体的研究。 1)基于matlab simulink搭建了光伏电池以及Boost电路的仿真模型。分析了光伏电池以及遮阴光伏阵列的输出特性曲线的变化规律,为遮阴光伏阵列的最大功率点跟踪(MPPT)算法设计做准备。实测了两种天气下的光伏电池的峰值点数据,实测数据具有的规律与仿真分析的结果具有较好的一致性。 2)对比分析了四种传统的MPPT算法,包括恒定电压法、扰动观察法、增量电导法以及模糊逻辑控制法。在算法分析的过程中,为后三种算法设计了不同的变步长控制策略,并对它们各自的控制效果作了仿真分析。本文介绍了一种基于人工神经网络通过实测数据生成模糊逻辑控制规则的方法,为模糊控制规则的在线生成提供了条件。 3)存在局部阴影时,光伏阵列的功率-电压特性(P-V)曲线出现多个极值点、电流-电压(I-V)特性曲线呈现阶梯状,这使得基于单峰寻优的传统MPPT算法失效。为此,本文在研究遮阴光伏阵列输出特性规律的基础上,提出了一种具有全局搜索能力的MPPT算法。该算法先用粒子群优化(PSO)算法将输入位置调整到全局最优附近,再用变步长电导增量法得到全局最优解。新的算法在减轻系统振荡和加快搜索速度方面做了改进。仿真结果表明,该方法不仅较好地克服了现有算法使用PSO大幅度随机初始化粒子位置而导致的系统振荡问题,而且有效利用传统单峰寻优算法的优点,增强了系统搜索的快速性和稳定性,取得了较好的控制效果。 4)本文最后对小型光伏发电系统的硬件电路进行了设计。采用软开关技术实现的Boost电路提高了功率电路的转换效率。 【关键词】：局部遮阴 全局最大功率点跟踪 粒子群优化算法 光伏阵列
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TP18
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目录10-13
• 图目录13-15
• 表目录15-16
• 第1章 绪论16-22
• 1.1 课题研究的背景及意义16-17
• 1.2 课题的研究现状17-18
• 1.3 本文的主要工作和章节安排18-22
• 第2章 光伏系统仿真模型22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 光伏电池建模和仿真22-29
• 2.2.1 光伏电池数学建模22-24
• 2.2.2 光伏电池仿真模型24
• 2.2.3 光伏电池的输出特性24-26
• 2.2.4 遮阴光伏阵列的输出特性26-29
• 2.3 DC/DC变换器29-32
• 2.3.1 常见DC/DC电路简介29-31
• 2.3.2 Boost电路的建模和仿真31-32
• 2.4 实验验证32-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第3章 经典MPPT控制算法及仿真分析36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 光伏阵列MPPT原理36-37
• 3.3 几种常规MPPT算法介绍37-43
• 3.3.1 恒定电压法37-38
• 3.3.2 扰动观察法38-39
• 3.3.3 增量电导法39-41
• 3.3.4 模糊逻辑法41-43
• 3.4 常规MPPT算法的仿真43-52
• 3.4.1 恒定电压法的仿真44-45
• 3.4.2 扰动观察法的仿真45-46
• 3.4.3 增量电导法的仿真46-47
• 3.4.4 INC变步长策略说明47-49
• 3.4.5 模糊逻辑法的仿真49-50
• 3.4.6 神经网络确定模糊控制规则50-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第4章 遮阴下的光伏阵列全局MPPT算法研究54-68
• 4.1 引言54
• 4.2 智能算法在光伏阵列MPPT中的应用54-56
• 4.3 基于改进PSO算法的全局MPPT算法研究56-60
• 4.3.1 粒子群算法简介56-57
• 4.3.2 PSO算法实现全局MPPT的参数设计57-58
• 4.3.3 PSO算法实现全局MPPT的几点改进58-60
• 4.4 仿真分析60-66
• 4.4.1 静态遮阴下的全局最大功率点跟踪60-62
• 4.4.2 动态遮阴下的全局最大功率点跟踪62-63
• 4.4.3 传统方法在动态遮阴下的跟踪63-66
• 4.5 本章小结66-68
• 第5章 小型光伏发电系统的硬件电路设计68-76
• 5.1 引言68
• 5.2 功率电路的设计68-71
• 5.2.1 Boost电路分析与设计68-71
• 5.3 控制电路的设计71-74
• 5.3.1 DSP2812控制器简介71
• 5.3.2 驱动电路的设计71-72
• 5.3.3 采样电路的设计72-73
• 5.3.4 电源电路的设计73-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第6章 小结和展望76-78
• 6.1 研究工作小结76-77
• 6.2 进一步研究的展望77-78
• 参考文献78-82
• 附录 攻读硕士学位期间的研究成果及作者简介82

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