柔性非晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)建模研究

【摘要】：太陽(yáng)能以其清潔、無(wú)污染、儲(chǔ)量巨大等優(yōu)勢(shì)在各種新能源開(kāi)發(fā)中占據(jù)重要地位。其中柔性非晶硅薄膜光伏發(fā)電技術(shù)自1976年問(wèn)世以來(lái)以其材料用料少、回收周期短、全年發(fā)電量多等優(yōu)勢(shì),逐漸成為新能源技術(shù)的典型代表。本文對(duì)柔性非晶硅光伏電池及其發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了建模研究,旨在為該款光伏電池應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。具體開(kāi)展了以下工作：1.首次提出小功率柔性非晶硅光伏電池的電路模型。本文根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光下柔性非晶硅光伏電池的Ⅰ-Ⅴ數(shù)據(jù),采用擬牛頓迭代法和自組織遷移法求取了電路模型中所有未知參數(shù),建立了其單二極管電路模型。經(jīng)數(shù)據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比,該電路模型的標(biāo)準(zhǔn)差為0.79%,殘差平方和為0.05%。該成果為后續(xù)柔性非晶硅光伏電池的發(fā)電性能優(yōu)化奠定了核心基礎(chǔ)。2.本文對(duì)柔性非晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)中用于儲(chǔ)能的鋰電池進(jìn)行了建模。建立了一種基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化電路模型,并對(duì)其充電過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。3.選擇Boost升壓電路和MPPT控制模塊,在ATLAB Simulink中構(gòu)建了柔性非晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型。4.針對(duì)柔性非晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)在環(huán)境因素變化時(shí)輸出效率降低的關(guān)鍵問(wèn)題,本文對(duì)基于PID控制的變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法存在的跟蹤時(shí)間長(zhǎng)(0.04s)、超調(diào)量大(11.7%)、穩(wěn)態(tài)誤差大(0.5V)等問(wèn)題,提出了結(jié)合PID參數(shù)整定的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最大功率跟蹤控制算法。仿真結(jié)果表明,相對(duì)于變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法,改進(jìn)后的控制算法能夠在0.01s內(nèi)完成對(duì)柔性非晶硅光伏電池最大功率點(diǎn)的跟蹤,超調(diào)量下降為0.003%,穩(wěn)態(tài)誤差下降為0.15V,消除了暫態(tài)工作時(shí)的電壓振蕩,提高了系統(tǒng)的魯棒性。 【關(guān)鍵詞】：柔性非晶硅光伏電池 鋰電池 建模 光伏發(fā)電系統(tǒng) MPPT算法
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 課題研究背景及意義8-10
• 1.2 柔性非晶硅薄膜光伏發(fā)電系統(tǒng)建模的發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 柔性非晶硅光伏電池的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 柔性非晶硅光伏電池的理論建模研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 柔性非晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)建模及MPPT研究現(xiàn)狀12
• 1.3 本文的研究目的與內(nèi)容12-16
• 2 柔性非晶硅光伏電池的建模16-27
• 2.1 柔性非晶硅光伏電池的半導(dǎo)體特性16-17
• 2.2 等效電路模型的確定17-19
• 2.3 建模算法的研究19-21
• 2.3.1 擬牛頓迭代法19-20
• 2.3.2 自組織遷移法20-21
• 2.4 模型參數(shù)的求取21-23
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取21-22
• 2.4.2 模型參數(shù)計(jì)算22-23
• 2.5 模型的準(zhǔn)確性驗(yàn)證23-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 3 鋰離子電池的建模27-36
• 3.1 鋰離子電池的物理特性27-28
• 3.2 鋰離子電池的常見(jiàn)電路模型28-31
• 3.2.1 蓄電池的通用電路模型28-30
• 3.2.2 改進(jìn)的鋰電池GNL模型30-31
• 3.3 鋰離子電池的電路建模31-35
• 3.3.1 開(kāi)路測(cè)試實(shí)驗(yàn)31-32
• 3.3.2 充電測(cè)試實(shí)驗(yàn)32
• 3.3.3 鋰電池參數(shù)求取32-33
• 3.3.4 鋰電池模型搭建33
• 3.3.5 鋰電池模型驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 4 柔性非晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模36-54
• 4.1 柔性非晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)的模型簡(jiǎn)介36-37
• 4.2 柔性非晶硅光伏電池模型37-40
• 4.3 鋰離子電池模型40-41
• 4.4 DC-DC電路41-43
• 4.5 MPPT算法控制模塊43-50
• 4.5.1 擾動(dòng)觀察法44-47
• 4.5.2 變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法47-48
• 4.5.3 基于PID控制的MPPT算法48-50
• 4.6 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析50-53
• 4.7 本章小結(jié)53-54
• 5 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MPPT控制方法54-60
• 5.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)54-55
• 5.1.1 輸入層設(shè)計(jì)55
• 5.1.2 隱藏層設(shè)計(jì)55
• 5.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真模型的建立55-56
• 5.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)分析56-58
• 5.3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性驗(yàn)證56-57
• 5.3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制性能驗(yàn)證57-58
• 5.4 本章小結(jié)58-60
• 6 結(jié)論與展望60-62
• 6.1 研發(fā)結(jié)論60
• 6.2 課題展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 個(gè)人簡(jiǎn)介66-67
• 導(dǎo)師簡(jiǎn)介67-68
• 獲得成果目錄68-69
• 致謝69

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