獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤算法研究

【摘要】：隨著環(huán)境污染的加劇,人們開始利用綠色無污染的新能源代替高污染的化石能源。太陽能作為一種可再生的綠色清潔能源,其優(yōu)點(diǎn)是取之不盡、用之不竭、無污染、無噪音,其應(yīng)用現(xiàn)已成為新能源的熱點(diǎn)領(lǐng)域。光伏發(fā)電是充分利用太陽能的一種有效方式之一。由于目前光伏電池板的價格比較高,轉(zhuǎn)換效率比較低,為了降低系統(tǒng)造價和有效地利用太陽能,光伏發(fā)電進(jìn)行最大功率跟蹤顯得尤為必要。作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件,光伏電池的輸出功率的大小代表了光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。但是當(dāng)受到外界條件影響時,光伏電池輸出功率并不是一直保持在最大功率的狀態(tài)下,因此,可以利用MPPT控制技術(shù)實(shí)時調(diào)整光伏電池的工作點(diǎn),使光伏電池一直工作在最大功率點(diǎn)上,使光伏電池的利用率最大化。本文是利用獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)對光伏電池的發(fā)電原理及發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析,與此同時也對MPPT基本算法進(jìn)行了深入的研究,最終得出一種新型的MPPT算法,并對其進(jìn)行了仿真分析。本文的具體工作內(nèi)容如下：(1)介紹影響光伏電池功率轉(zhuǎn)化效率的因素,分析光伏電池的等效電路。通過建立電池數(shù)學(xué)模型和Matlab仿真模型,驗(yàn)證了光伏電池的非線性特征。并在不同環(huán)境條件下測試光伏電池輸出特性,并進(jìn)行相應(yīng)的分析。(2)光伏陣列可能會因光伏電池參數(shù)的不匹配造成陣列的失配損失,本文在理論分析的基礎(chǔ)上建立兩個單體的相應(yīng)仿真模型,得出相應(yīng)仿真結(jié)果,給出參數(shù)選擇的相應(yīng)原則。對串并聯(lián)陣列的熱斑效應(yīng)進(jìn)行分析,可知局部陰影對熱斑效應(yīng)的產(chǎn)生起重要作用。以工程用數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),給出陰影條件下的數(shù)學(xué)模型和仿真模型,得到電池I-U和P-U特性曲線。研究局部陰影下陣列輸出特性與陣列格局、遮擋模式、陰影數(shù)量、光照、溫度等因素的關(guān)系,得出相應(yīng)結(jié)論。并對局部陰影位置的檢測給出相應(yīng)方法。(3)分析MPPT工作原理,給出其相應(yīng)的分類。對多種比較常見的控制方法的工作原理進(jìn)行分析,給出他們之間的優(yōu)缺點(diǎn),在幾種常見的控制算法基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的控制算法,提高M(jìn)PPT跟蹤控制精度和速度,避免了最大功率點(diǎn)處的“誤判”。構(gòu)建適合光伏發(fā)電的Boost DC/ DC變換器。(4)建立了帶有MPPT功能的光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型。在相同的仿真條件下,首先對CVT、PO、InCond、FLC四種方法進(jìn)行了仿真,最后對改進(jìn)的MPPT控制算法進(jìn)了仿真分析,通過觀察相應(yīng)的輸出功率仿真波形,并進(jìn)行比較,得出改進(jìn)算法的有效性。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 光伏電池 局部陰影 最大功率點(diǎn)跟蹤 DC/DC變換器 Simulink
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-20
• 1.1 課題背景及意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外光伏發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展15-16
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)及常見技術(shù)問題16-18
• 1.3.1 光伏陣列效率轉(zhuǎn)換及陰影問題17
• 1.3.2 最大功率點(diǎn)追蹤控制方法17-18
• 1.4 光伏發(fā)電的成本、市場及預(yù)測18-19
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容19-20
• 2 光伏電池原理及特性研究20-32
• 2.1 光伏電池的發(fā)電原理20-21
• 2.2 光伏電池轉(zhuǎn)換效率及影響因素21-23
• 2.2.1 光伏電池轉(zhuǎn)換效率21-22
• 2.2.2 光伏電池填充因子22-23
• 2.3 光伏電池等效電路及工程用數(shù)學(xué)模型23-27
• 2.3.1 光伏電池等效電路23-25
• 2.3.2 光伏電池工程用數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.4 光伏電池特性分析27-30
• 2.4.1 光伏電池仿真分析28-29
• 2.4.2 不同條件下光伏電池特性分析29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-32
• 3 串并聯(lián)陣列失配與局部陰影陣列輸出特性32-58
• 3.1 陣列失配損失與電池參數(shù)對其影響32-39
• 3.1.1 電池參數(shù)對串聯(lián)陣列失配影響33-36
• 3.1.2 電池參數(shù)對并聯(lián)陣列失配的影響36-39
• 3.2 光伏電池陣列熱斑效應(yīng)39-42
• 3.2.1 熱斑效應(yīng)原理及內(nèi)在因素39-40
• 3.2.2 光伏陣列串并聯(lián)熱斑效應(yīng)分析40-42
• 3.2.3 熱斑檢測42
• 3.3 局部陰影陣列建模與輸出特性分析42-47
• 3.3.1 陰影條件下光伏陣列建模42-44
• 3.3.2 陰影對陣列輸出特性的影響44-47
• 3.4 陣列局部陰影位置檢測方法47-56
• 3.4.1 基于最優(yōu)電流傳感器配置陣列局部陰影位置檢測方法48-51
• 3.4.2 基于最優(yōu)電壓傳感器配置陣列局部陰影位置檢測方法51-56
• 3.5 本章小結(jié)56-58
• 4 最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)58-74
• 4.1 最大功率點(diǎn)跟蹤原理58
• 4.2 常用最大功率點(diǎn)跟蹤算法研究58-70
• 4.2.1 基于優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的MPPT控制方法59-61
• 4.2.2 基于擾動的尋優(yōu)化的MPPT控制方法61-65
• 4.2.3 基于智能處理方法和其他非線性控制策略的MPPT控制方法65-68
• 4.2.4 基于輸出端控制的MPPT控制方法68-70
• 4.3 改進(jìn)的MPPT控制方法70-71
• 4.4 DC/DC變換器設(shè)計(DC/DC Converter Design)71-73
• 4.4.1 Buck(降壓)變換器71-72
• 4.4.2 Boost(升壓)變換器72-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 5 光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析74-88
• 5.1 仿真軟件簡介74
• 5.2 Boost變換器仿真74-76
• 5.3 MPPT仿真比較分析76-86
• 5.3.1 恒定電壓法仿真77-79
• 5.3.2 擾動觀察法仿真79-81
• 5.3.3 電導(dǎo)增量法仿真81-82
• 5.3.4 模糊控制法仿真82-85
• 5.3.5 改進(jìn)的MPPT控制算法仿真85-86
• 5.4 本章小結(jié)86-88
• 6 結(jié)論與展望88-90
• 6.1 工作總結(jié)88-89
• 6.2 展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-94
• 致謝94-96
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果96

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