太阳能光伏发电多峰MPPT的研究

【摘要】：社会越进步，经济越发展，人类对能源的需求量也就会越大。目前，新能源的研究和应用已经在全世界范围引起广泛的关注。尤其是哥本哈根会议以后，提出了如低碳城市、低碳交通、低碳生活等理念，勾勒出未来的能源供应的新体系，也为未来的能源发展指明了方向。 太阳能资源以其独特的优势，在未来能源比例中占有很大比重，太阳能光伏发电就是一种理想的可再生能源发电技术。 光伏组件是太阳能光伏发电系统的重要组成部分，也是整个光伏发电系统的重要能量来源。要确保整个光伏发电系统稳定和持久的工作，就必须要了解光伏组件自身的物理特性和对外输出的电气特性。光伏组件模块是一个具有很强非线性的直流电源，其输出电气特性主要受光照幅值、工作温度及风速等其它因素的影响。在受气候条件或是周围环境的影响条件下，光伏组件模块的某一个或几个区域不能与其它模块的工作条件匹配时，即工作在局部阴影条件下，那么工作在该区域的单位电池元就很有可能发生热斑效应。为了能够有效避免热斑效应，在电路中通常会并联旁路二极管。而工作在局部阴影光照条件下的光伏阵列的对外输出的电气特性曲线会呈现为多峰，传统的最大功率点跟踪算法也不再能凑效，不能有效辨别全局峰值和局部峰值。 综上所述，本论文从功率消耗的问题本质过程并结合实际使用情况，搭建了在局部阴影条件下的光伏发电系统模型；其次，提出在光伏发电系统中存在高斯白噪声对光照、温度等传感器的干扰，针对存在的高斯白噪声对系统的影响设计了一卡尔曼滤波器对太阳能光伏发电系统进行滤波，并有效证明了卡尔曼滤波器对MPPT的改善效果；最后，在前面的实验基础上引入改进的粒子群算法对在动态输入条件下的MPP进行算法寻优。 因此，本论文有针对性的对太阳能光伏发电系统进行了探讨研究，主要工作暨具体情况如下： (1)根据光伏电池的基本工作原理，搭建出相应的数学模型，然后应用Matlab/simulink仿真出光伏组件的对外输出电气特性，并验证仿真的正确性与可行性；建立在局部阴影条件下光伏阵列的仿真模型，并阐述热斑现象产生的可能性和条件。 (2)针对光伏阵列模型对最大功率点的不同跟踪方法进行详细对比分析，基于太阳辐射强度、温度、阴影及太阳能电池元并联二极管的数目等因素对光伏阵列的电气输出特性的影响；然后，着重阐述了现阶段应用比较广泛的电导增量算法跟踪MPP的优缺点，从步长调整、功率振荡、可能发生误判、模型结构及组合电导增量算法等多方面对电导增量法做出改进，进一步提高了MPPT算法的精准性。 (3)针对在南昌特定地区气候条件下的实测数据，并考虑到高斯白噪声干扰的情况下，对传感器所测数据进行粒子滤波，最后结合自编程函数模块在Matlab/simulink环境下对系统进行模拟仿真，并分析实验所得的结果，证明卡尔曼滤波对光伏发电系统的明显改善。 (4)针对在南昌特定地区气候条件下的实测数据，考虑到高斯白噪声对光伏发电系统的干扰和进行卡尔曼粒子滤波后，应用改进型的粒子群算法对最大功率点的实现跟踪。同(3)所得实验结果进行横向比较，实现模拟跟踪条件下考虑因素的进一步完善性和对跟踪算法的的多样化。 【关键词】：光伏阵列 多峰 最大功率点 高斯白噪声 卡尔曼滤波 粒子群
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题的来源9
• 1.2 课题的研究背景与意义9-10
• 1.3 课题的研究现状10-13
• 1.3.1 太阳能电池元的模型建立现状10-12
• 1.3.2 MPPT 技术的发展研究现状12-13
• 1.4 课题的主要内容13-14
• 1.5 论文的章节安排14-15
• 1.6 本章小结15-16
• 第2章 光伏电池的特性、MPPT 原理及在应用中的不足16-27
• 2.1 太阳能光伏电池的特性16-19
• 2.2 MPPT 算法的基本原理19-20
• 2.3 各类 MPPT 的算法简介20-24
• 2.4 MPPT 技术在应用中存在的不足24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 电导增量算法的 MPPT 及改进策略27-41
• 3.1 电导增量算法 MPPT 原理27-29
• 3.1.1 定步长电导增量算法27-28
• 3.1.2 变步长电导增量算法28-29
• 3.2 改进的变步长电导增量算法29-40
• 3.2.1 针对步长改进的电导增量算法29-32
• 3.2.2 针对最大功率点处振荡改进的电导增量算法32-35
• 3.2.3 针对误判情况改进的电导增量算法35-37
• 3.2.4 针对系统模型改进的电导增量算法37
• 3.2.5 电导增量算法与其它算法的组合37-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 动态输入条件下多峰 MPPT 算法的探讨41-50
• 4.1 局部阴影条件下光伏组件的数学建模42-44
• 4.2 旁路二极管的数目对光伏组件输出功率的影响44-45
• 4.3 局部阴影条件下光伏阵列的动态仿真45-49
• 4.3.1 动态仿真模型45-49
• 4.3.2 仿真的结果及动态仿真模型适用的范围49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 改进粒子群算法多峰 MPPT 实现50-61
• 5.1 基于函数模块系统的总体设计及实现50-53
• 5.2 基于高斯白噪声干扰的卡尔曼滤波器设计53-57
• 5.3 基于改进粒子群算法实现跟踪 MPP57-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 本学位论文工作总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 附录67-74
• 1. guangzhao.m 文件与 simulink 模块连接实现的源程序67
• 2. wendu.m 文件与 simulink 模块连接实现的源程序67
• 3. S-Function 的源程序代码67-70
• 4. 关于面板温度与光照强度的卡尔曼滤波的源代码70-71
• 5. 改进粒子群算法的源代码程序71-74
• 攻读学位期间的研究成果74

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