基于預(yù)測模型的光伏MPPT控制方法研究

【摘要】：在全球面臨能源危機(jī)和環(huán)境污染的雙重壓力下,太陽能由于其綠色無污染、地域分布廣等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)今世界上最受重視的可再生能源之一。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏陣列的轉(zhuǎn)換效率是需要解決的核心問題之一,而在光伏系統(tǒng)中采用最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技術(shù)是解決這一問題的有效方法。目前的MPPT算法主要有擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法以及模糊控制法等,這些方法都是不斷給光伏陣列的輸出電壓加擾動(dòng)來觀察其輸出特性的變化,最終通過這個(gè)逐漸尋優(yōu)的過程完成最大功率點(diǎn)的跟蹤。而傳統(tǒng)的MPPT控制方法中存在兩個(gè)相互矛盾的問題：跟蹤速度和穩(wěn)態(tài)性能,所以目前的研究主要集中在如何調(diào)整步長來平衡這兩個(gè)問題。本文針對以上問題進(jìn)行研究,提出了基于預(yù)測模型的快速M(fèi)PPT控制方法,主要包括以下幾個(gè)方面的工作： (1)對光伏電池的電路進(jìn)行分析,通過一些簡化得到光伏陣列的數(shù)學(xué)表達(dá)式,利用simulink模塊搭建了光伏陣列的工程實(shí)用模型,并仿真了在不同環(huán)境溫度和不同光照強(qiáng)度下光伏陣列的輸出特性曲線,通過分析得知：最大功率點(diǎn)的所對應(yīng)的功率和電壓值只與環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度有關(guān)； (2)分析了MPPT的基本工作原理,通過對現(xiàn)有MPPT控制方法的深入研究以及對最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)現(xiàn)電路的探討,設(shè)計(jì)了基于預(yù)測模型的MPPT控制器,其中包括一個(gè)模型控制器和一個(gè)反饋控制器,模型控制器是為了快速跟蹤最大功率點(diǎn)而設(shè)置,反饋控制器是為了彌補(bǔ)模型控制器的不足使光伏陣列更加精確穩(wěn)定的運(yùn)行在最大功率點(diǎn)而設(shè)置； (3)利用搭建的光伏陣列模型采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù),使用極限學(xué)習(xí)機(jī)訓(xùn)練算法訓(xùn)練出了以環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度為輸入、以最大功率點(diǎn)為輸出的精確的模型控制器； (4)最終安排多組對比仿真實(shí)驗(yàn)對本文設(shè)計(jì)的MPPT控制器進(jìn)行測試,仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于預(yù)測模型的MPPT控制方法不但能保證光伏陣列穩(wěn)定準(zhǔn)確的運(yùn)行在最大功率點(diǎn),而且跟蹤速度明顯提高,對于提高整個(gè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率有非常重要的意義。 【關(guān)鍵詞】：光伏陣列 最大功率點(diǎn)跟蹤 模型控制器 快速
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM615;TP273
【目錄】：

• 鏑要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 太陽能光伏發(fā)電的歷史和現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 光伏發(fā)電歷史12
• 1.2.2 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3 太陽能光伏MPPT的發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.4 目前光伏MPPT控制方法中存在的問題16
• 1.5 本文所作內(nèi)容16-18
• 2 光伏電池的工作原理及模型建立18-28
• 2.1 光伏電池的工作原理18-19
• 2.2 光伏電池的電特性19-22
• 2.3 光伏陣列的工程實(shí)用模型22-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 太陽能光伏的MPPT控制方法28-35
• 3.1 MPPT的工作原理28-29
• 3.2 恒電壓法29-30
• 3.3 擾動(dòng)觀察法30-31
• 3.4 電導(dǎo)增量法31-33
• 3.5 模糊控制法33-34
• 3.6 本章小結(jié)34-35
• 4 最大功率點(diǎn)跟蹤的電路實(shí)現(xiàn)35-41
• 4.1 DC-DC電路的作用35
• 4.2 降壓斬波電路35-38
• 4.3 升壓斬波電路38-40
• 4.4 其他的斬波電路40
• 4.5 本章小結(jié)40-41
• 5 基于極限學(xué)習(xí)機(jī)模型的MPPT控制方法41-50
• 5.1 控制器的改進(jìn)41-42
• 5.2 極限學(xué)習(xí)機(jī)理論42-44
• 5.3 模型控制器的訓(xùn)練44-48
• 5.3.1 模型控制器輸入層的選擇44-45
• 5.3.2 模型控制器輸出層的選擇45
• 5.3.3 模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集45-46
• 5.3.4 模型控制器的結(jié)構(gòu)及訓(xùn)練46-47
• 5.3.5 模型控制器的誤差測試47-48
• 5.4 基于預(yù)測模型的MPPT控制器的工作原理48-49
• 5.5 本章小結(jié)49-50
• 6 基于預(yù)測模型的MPPT控制方法的仿真50-57
• 6.1 擾動(dòng)步長對控制效果的影響50-51
• 6.2 不同條件下模型控制器的控制效果51-53
• 6.3 基于預(yù)測模型的MPPT控制方法的控制效果53-56
• 6.4 本章小結(jié)56-57
• 7 總結(jié)與展望57-59
• 7.1 總結(jié)57-58
• 7.2 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 致謝62-63
• 個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果63

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