基于支持向量回歸的光伏發(fā)電MPPT算法研究

【摘要】：光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式,具有無污、無噪聲、不受地域限制、非枯竭等優(yōu)點,是最具發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一,目前是僅次于生物質(zhì)能和風(fēng)電的第三大可再生能源利用方式。光伏發(fā)電的主要問題是光伏組件的價格偏高,光電轉(zhuǎn)換效率較低,因此導(dǎo)致了光伏發(fā)電的價格與煤電價格相比較高,影響光伏發(fā)電的普及應(yīng)用。最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)是提高光伏發(fā)電效率的有效手段,本文在分析光伏電池組件數(shù)學(xué)模型與輸出特性的基礎(chǔ)上,考慮風(fēng)速對光伏組件熱平衡的影響,對光伏組件工作過程中的溫度場和熱應(yīng)力場進行有限元分析,從光電轉(zhuǎn)換效率和組件疲勞壽命兩方面論證了最大功率點跟蹤的意義和必要性,針對不均勻光照條件導(dǎo)致光伏陣列輸出特性曲線出現(xiàn)多個局部峰值點導(dǎo)致常規(guī)MPPT算法失效這一問題,提出了基于支持向量回歸的光伏發(fā)電MPPT算法,通過MATLAB/SIMUlink建模與仿真,對算法在各種外界環(huán)境條件下跟蹤性能進行驗證,結(jié)果顯示該算法跟蹤精度高,穩(wěn)態(tài)功率波動小,具有良好的泛化能力,可以用到真實外界環(huán)境條件下的光伏發(fā)電最大功率點跟蹤。論文各章節(jié)內(nèi)容安排如下： 第1章闡述了光伏發(fā)電的背景及其意義,概述了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢、光伏發(fā)電系統(tǒng)的種類和應(yīng)用,分析了不均勻光照條件對光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響,指出了當(dāng)前最大功率點跟蹤算法存在的問題,提出了本文的研究內(nèi)容和論文框架。 第2章建立了光伏電池的單二極管等效電路模型,引入了光伏組件工程簡化數(shù)學(xué)模型,考慮了風(fēng)速對光伏組件熱平衡的影響,分析了光伏組件在不同外界環(huán)境條件下的輸出特性；利用有限元方法分析了光伏組件工作過程中的溫度場和熱應(yīng)力場,從光電轉(zhuǎn)換效率和組件使用壽命兩方面驗證了研究最大功率點跟蹤算法的必要性。 第3章采用含有旁路二極管和隔離二極管的SP型光伏陣列,并以杭州地區(qū)10KW光伏發(fā)電系統(tǒng)為例對其光伏陣列組成結(jié)構(gòu)進行設(shè)計；建立了光伏組件在均勻光照和不均勻光照條件下的數(shù)學(xué)模型,分析不均勻光照條件對其輸出特性的影響；以一種典型的局部陰影條件為例,對光伏陣列的組成結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,為實際的光伏陣列設(shè)計提供了參考。 第4章建立了光伏陣列最大功率支持向量回歸預(yù)測模型,對支持向量機的參數(shù)進行優(yōu)化并利用均勻光照條件和非均勻光照條件的混合樣本進行訓(xùn)練與測試,對模型的誤差分析驗證了支持向量回歸預(yù)測光伏陣列最大功率點的有效性。 第5章針對均勻光照條件,提出了一種擾動觀察法與模糊控制相結(jié)合的算法,仿真結(jié)果驗證了該算法能快速地跟蹤到光伏陣列最大功率點并具有非常小的穩(wěn)態(tài)功率波動；分析了針對均勻光照條件的MPPT算法的局限性,對比了傳統(tǒng)MPPT算法在不均勻光照條件下跟蹤光伏陣列最大功率點的性能；在此基礎(chǔ)上提出了基于支持向量回歸的光伏發(fā)電MPPT算法并設(shè)計了算法流程。 第6章建立了光伏發(fā)電MPPT系統(tǒng)的仿真模型；利用MATLAB/SIMUlink工具箱,對各仿真模塊進行SIMUlink建模,在均勻光照條件、不均勻光照條件以及真實外界環(huán)境條件下進行跟蹤仿真,結(jié)果驗證了支持向量回歸的MPPT算法具有較高的精度,控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能,可以在真實外界環(huán)境條件下應(yīng)用。 第7章總結(jié)與展望。對本文主要研究工作進行了總結(jié),對有待進一步研究的問題進行了展望。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 光伏陣列 局部陰影條件 支持向量回歸 最大功率點跟蹤 溫度場
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及其MPPT研究進展13-20
• 1.2.1 國內(nèi)外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢13-15
• 1.2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述15-17
• 1.2.3 光伏發(fā)電MPPT研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3 課題的提出與論文章節(jié)安排20-22
• 1.4 本章小結(jié)22-23
• 第2章 光伏電池組件輸出特性研究及其溫度場分析23-48
• 2.1 光伏發(fā)電MPPT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)23-25
• 2.2 光伏電池發(fā)電原理及其數(shù)學(xué)模型25-28
• 2.2.1 光伏電池分類25
• 2.2.2 光伏電池發(fā)電原理25-26
• 2.2.3 光伏電池單二極管等效電路模型26-28
• 2.3 光伏組件工程簡化數(shù)學(xué)模型及輸出特性28-33
• 2.3.1 光伏組件的一種工程簡化數(shù)學(xué)模型28-29
• 2.3.2 光伏組件工作溫度的影響因素29-31
• 2.3.3 外界環(huán)境條件影響下的光伏組件輸出特性曲線31-33
• 2.4 光伏組件工作過程中的溫度場分析33-41
• 2.4.1 光伏組件封裝結(jié)構(gòu)及其模型的簡化33-35
• 2.4.2 工作點對光伏組件溫度場的影響35-36
• 2.4.3 風(fēng)速對光伏組件溫度場的影響36-39
• 2.4.4 環(huán)境溫度對光伏組件溫度場的影響39-41
• 2.5 光伏組件工作過程中的熱變形與熱應(yīng)力分析41-47
• 2.6 本章小結(jié)47-48
• 第3章 光伏陣列模型及其輸出特性研究48-63
• 3.1 光伏陣列電路結(jié)構(gòu)48-49
• 3.2 局部陰影條件下光伏陣列的建模49-50
• 3.3 局部陰影條件下光伏陣列的輸出特性研究50-59
• 3.3.1 光伏陣列設(shè)計50-51
• 3.3.2 等效局部陰影條件51-52
• 3.3.3 局部陰影對光伏陣列輸出特性曲線的影響52-59
• 3.4 等效局部陰影條件下光伏陣列組成結(jié)構(gòu)的優(yōu)化59-60
• 3.5 光伏陣列的組態(tài)優(yōu)化控制方案60-62
• 3.6 本章小結(jié)62-63
• 第4章 支持向量回歸預(yù)測光伏陣列最大功率點63-79
• 4.1 機器學(xué)習(xí)與統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論63-66
• 4.2 支持向量回歸算法66-70
• 4.2.1 線性支持向量回歸算法66-68
• 4.2.2 核函數(shù)68-69
• 4.2.3 非線性支持向量回歸算法69-70
• 4.3 支持向量回歸預(yù)測光伏陣列最大功率70-78
• 4.3.1 外界環(huán)境條件的樣本數(shù)據(jù)70-72
• 4.3.2 遮擋程度72
• 4.3.3 光伏陣列最大功率72
• 4.3.4 支持向量回歸建模與仿真分析72-78
• 4.4 本章小結(jié)78-79
• 第5章 基于支持向量回歸的MPPT算法79-92
• 5.1 均勻光照條件下的MPPT算法79-89
• 5.1.1 常規(guī)MPPT算法79-84
• 5.1.2 擾動觀察與模糊控制的結(jié)合算法84-86
• 5.1.3 各算法仿真結(jié)果比較86-88
• 5.1.4 均勻光照條件下的MPPT算法的局限性88-89
• 5.2 非均勻光照條件下的MPPT算法89-90
• 5.3 基于支持向量回歸的MPPT算法90-91
• 5.4 本章小結(jié)91-92
• 第6章 基于支持向量回歸的MPPT算法仿真研究92-103
• 6.1 MPPT系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)92-93
• 6.2 MPPT系統(tǒng)的SIMUlink建模與仿真93-98
• 6.2.1 光伏陣列的SIMUlink建模93-94
• 6.2.2 MPPT控制子系統(tǒng)的SIMUlink建模94-95
• 6.2.3 PWM脈沖電路模塊的SIMUlink建模95
• 6.2.4 MPPT控制系統(tǒng)的SIMUlink建模95-98
• 6.3 仿真結(jié)果分析98-102
• 6.3.1 均勻光照條件下光強突變的MPPT性能比較98-99
• 6.3.2 局部陰影條件下的MPPT性能比較99
• 6.3.3 真實外界環(huán)境條件下基于支持向量回歸MPPT算法仿真99-102
• 6.4 本章小結(jié)102-103
• 第7章 總結(jié)與展望103-105
• 7.1 總結(jié)103-104
• 7.2 展望104-105
• 參考文獻105-109
• 作者簡歷及在學(xué)期間所取得的科研成果109

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