局部陰影下光伏陣列的建模與動(dòng)態(tài)組態(tài)優(yōu)化

【摘要】：隨著全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重,新能源的研究與應(yīng)用受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。太陽(yáng)能以其分布廣泛、儲(chǔ)量巨大、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。光伏陣列是整個(gè)光伏系統(tǒng)的能量源泉,為使整個(gè)系統(tǒng)高效運(yùn)行,首先必須了解光伏陣列的電氣特性。在實(shí)際應(yīng)用中光伏陣列經(jīng)常處在局部陰影中,而光伏組件的供應(yīng)商只提供標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的電氣特性,為全面了解光伏陣列在局部陰影條件下功率輸出與伏安特性曲線的變化,為最大功率點(diǎn)的跟蹤和逆變器的高效運(yùn)行提供依據(jù),建立局部陰影條件下光伏陣列的模型是非常重要的。傳統(tǒng)的光伏陣列的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)是固定的,當(dāng)陰影發(fā)生時(shí),陣列中的光伏組件會(huì)互相影響,導(dǎo)致光伏陣列的輸出功率減少。為減小陰影的影響,使光伏陣列根據(jù)自身的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整其連接方式,即動(dòng)態(tài)組態(tài)優(yōu)化,是提高光伏陣列輸出功率的重要方法。 本文針對(duì)局部陰影下光伏陣列的模型和組態(tài)優(yōu)化控制策略進(jìn)行了研究,主要工作如下： (1)詳細(xì)分析了光伏電池的工作原理和熱斑產(chǎn)生的原理；運(yùn)用專(zhuān)業(yè)仿真軟件PV System分別仿真了光伏陣列的外特性和旁路二極管的數(shù)量對(duì)光伏組件最大輸出功率的影響；運(yùn)用MATLAB仿真軟件建立了局部陰影條件下光伏陣列的模型；通過(guò)上述仿真得出了光伏陣列的伏安特性和最大輸出功率在太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、溫度、陰影和旁路二極管的數(shù)目等外部因素作用下的變化,最后總結(jié)了局部陰影條件下提高光伏陣列最大輸出功率的方法。 (2)對(duì)現(xiàn)有的光伏陣列的建模方法進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析；通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采集樣本數(shù)據(jù),在分別用交叉驗(yàn)證法和遺傳算法對(duì)參數(shù)尋優(yōu)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用支持向量機(jī)對(duì)局部陰影條件下的光伏陣列進(jìn)行建模,并與RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模進(jìn)行了對(duì)比,通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),基于支持向量機(jī)所建的模型精度較高,但是運(yùn)算時(shí)間較長(zhǎng)。 (3)對(duì)現(xiàn)有的各種光伏陣列組態(tài)優(yōu)化控制策略的原理進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析,并總結(jié)了各種控制策略的異同和優(yōu)缺點(diǎn),在此基礎(chǔ)上提出了在光伏陣列的組態(tài)優(yōu)化控制策略中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題；基于光強(qiáng)均衡原理進(jìn)行MATLAB仿真,得出光伏陣列TCT結(jié)構(gòu)時(shí),每行組件光強(qiáng)的總和與光伏陣列最大輸出功率之間的關(guān)系。 (4)設(shè)計(jì)了包括開(kāi)關(guān)矩陣、檢測(cè)電路、信號(hào)調(diào)理電路和驅(qū)動(dòng)電路的組態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)；并基于DSP的CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行了相關(guān)組態(tài)優(yōu)化控制策略的軟件程序設(shè)計(jì)；總結(jié)了在編程設(shè)計(jì)中遇到問(wèn)題及解決方法和CCS編程中應(yīng)注意的問(wèn)題；通過(guò)搭建的硬件和軟件平臺(tái),驗(yàn)證了該組態(tài)優(yōu)化算法的可行性；并對(duì)基于模型預(yù)測(cè)控制的光伏陣列組態(tài)優(yōu)化方法的平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行了構(gòu)思。 【關(guān)鍵詞】：局部陰影 光伏陣列 建模 支持向量機(jī) 組態(tài)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 符號(hào)說(shuō)明11-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 課題的研究背景與意義12-13
• 1.2 課題的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 光伏陣列的工作原理及MATLAB仿真17-30
• 2.1 太陽(yáng)能電池的工作原理17-19
• 2.1.1 半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)與光生伏特效應(yīng)17-18
• 2.1.2 太陽(yáng)能電池的材料和發(fā)展18-19
• 2.2 局部陰影下光伏陣列的MATLAB仿真19-23
• 2.2.1 太陽(yáng)能電池的等效電路及外特性19-21
• 2.2.2 局部陰影條件下光伏陣列的MATLAB仿真21-23
• 2.3 光伏陣列的熱斑效應(yīng)23-25
• 2.4 旁路二極管的數(shù)目對(duì)光伏模組輸出最大功率的的影響25-28
• 2.5 局部陰影下提高光伏陣列最大輸出功率的方法28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第三章 基于支持向量機(jī)的光伏陣列的建模30-42
• 3.1 光伏陣列建模方法的綜述30-31
• 3.2 支持向量機(jī)回歸理論推導(dǎo)31-35
• 3.3 基于支持向量機(jī)建立局部陰影下光伏陣列的模型35-41
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建35-37
• 3.3.2 建模步驟37-38
• 3.3.3 參數(shù)C和σ的選擇的方法38-40
• 3.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 光伏陣列動(dòng)態(tài)組態(tài)優(yōu)化的研究42-53
• 4.1 局部陰影對(duì)光伏陣列最大輸出功率的影響42-43
• 4.2 光伏陣列的組態(tài)優(yōu)化控制策略43-49
• 4.2.1 光伏陣列的組態(tài)方式43
• 4.2.2 基于電池元局部補(bǔ)償思想的控制策略43-46
• 4.2.3 基于全部重組思想的控制策略46-48
• 4.2.4 基于分段調(diào)整的控制策略48-49
• 4.2.5 基于模型預(yù)測(cè)控制的控制策略49
• 4.3 基于光強(qiáng)均衡算法MATLAB仿真49-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 第五章 光伏陣列動(dòng)態(tài)組態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)53-75
• 5.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)53-54
• 5.2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)54-61
• 5.2.1 控制芯片及其外圍電路的設(shè)計(jì)54-56
• 5.2.2 開(kāi)關(guān)矩陣的設(shè)計(jì)56-58
• 5.2.3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)58-59
• 5.2.4 采樣電路和調(diào)理電路的設(shè)計(jì)59-61
• 5.3 系統(tǒng)控制算法的設(shè)計(jì)61-65
• 5.3.1 DSP軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介61
• 5.3.2 主程序工作流程設(shè)計(jì)61-62
• 5.3.3 中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)62-64
• 5.3.4 TMS320F2812編程注意事項(xiàng)64-65
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析65-72
• 5.4.1 局部陰影對(duì)輸出特性的影響65-69
• 5.4.2 動(dòng)態(tài)組態(tài)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果69-72
• 5.5 基于模型預(yù)測(cè)控制的光伏陣列動(dòng)態(tài)組態(tài)優(yōu)化控制的構(gòu)想72-74
• 5.6 本章小結(jié)74-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-82
• 致謝82-83
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參與項(xiàng)目83-84
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表84

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