基于预测模型的光伏MPPT控制方法研究

【摘要】：在全球面临能源危机和环境污染的双重压力下,太阳能由于其绿色无污染、地域分布广等优点成为当今世界上最受重视的可再生能源之一。在太阳能光伏发电系统中光伏阵列的转换效率是需要解决的核心问题之一,而在光伏系统中采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技术是解决这一问题的有效方法。目前的MPPT算法主要有扰动观察法、电导增量法以及模糊控制法等,这些方法都是不断给光伏阵列的输出电压加扰动来观察其输出特性的变化,最终通过这个逐渐寻优的过程完成最大功率点的跟踪。而传统的MPPT控制方法中存在两个相互矛盾的问题：跟踪速度和稳态性能,所以目前的研究主要集中在如何调整步长来平衡这两个问题。本文针对以上问题进行研究,提出了基于预测模型的快速MPPT控制方法,主要包括以下几个方面的工作： (1)对光伏电池的电路进行分析,通过一些简化得到光伏阵列的数学表达式,利用simulink模块搭建了光伏阵列的工程实用模型,并仿真了在不同环境温度和不同光照强度下光伏阵列的输出特性曲线,通过分析得知：最大功率点的所对应的功率和电压值只与环境温度和光照强度有关； (2)分析了MPPT的基本工作原理,通过对现有MPPT控制方法的深入研究以及对最大功率点跟踪实现电路的探讨,设计了基于预测模型的MPPT控制器,其中包括一个模型控制器和一个反馈控制器,模型控制器是为了快速跟踪最大功率点而设置,反馈控制器是为了弥补模型控制器的不足使光伏阵列更加精确稳定的运行在最大功率点而设置； (3)利用搭建的光伏阵列模型采集训练数据和校验数据,使用极限学习机训练算法训练出了以环境温度和光照强度为输入、以最大功率点为输出的精确的模型控制器； (4)最终安排多组对比仿真实验对本文设计的MPPT控制器进行测试,仿真实验结果表明：基于预测模型的MPPT控制方法不但能保证光伏阵列稳定准确的运行在最大功率点,而且跟踪速度明显提高,对于提高整个太阳能光伏发电系统的效率有非常重要的意义。 【关键词】：光伏阵列 最大功率点跟踪 模型控制器 快速
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TP273
【目录】：

• 镝要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 太阳能光伏发电的历史和现状11-15
• 1.2.1 光伏发电历史12
• 1.2.2 光伏发电的现状12-14
• 1.2.3 太阳能光伏发电技术的发展现状14-15
• 1.3 太阳能光伏MPPT的发展现状15-16
• 1.4 目前光伏MPPT控制方法中存在的问题16
• 1.5 本文所作内容16-18
• 2 光伏电池的工作原理及模型建立18-28
• 2.1 光伏电池的工作原理18-19
• 2.2 光伏电池的电特性19-22
• 2.3 光伏阵列的工程实用模型22-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 太阳能光伏的MPPT控制方法28-35
• 3.1 MPPT的工作原理28-29
• 3.2 恒电压法29-30
• 3.3 扰动观察法30-31
• 3.4 电导增量法31-33
• 3.5 模糊控制法33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 4 最大功率点跟踪的电路实现35-41
• 4.1 DC-DC电路的作用35
• 4.2 降压斩波电路35-38
• 4.3 升压斩波电路38-40
• 4.4 其他的斩波电路40
• 4.5 本章小结40-41
• 5 基于极限学习机模型的MPPT控制方法41-50
• 5.1 控制器的改进41-42
• 5.2 极限学习机理论42-44
• 5.3 模型控制器的训练44-48
• 5.3.1 模型控制器输入层的选择44-45
• 5.3.2 模型控制器输出层的选择45
• 5.3.3 模型训练数据和校验数据的采集45-46
• 5.3.4 模型控制器的结构及训练46-47
• 5.3.5 模型控制器的误差测试47-48
• 5.4 基于预测模型的MPPT控制器的工作原理48-49
• 5.5 本章小结49-50
• 6 基于预测模型的MPPT控制方法的仿真50-57
• 6.1 扰动步长对控制效果的影响50-51
• 6.2 不同条件下模型控制器的控制效果51-53
• 6.3 基于预测模型的MPPT控制方法的控制效果53-56
• 6.4 本章小结56-57
• 7 总结与展望57-59
• 7.1 总结57-58
• 7.2 展望58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果63

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