微分平坦控制和P&O结合的光伏发电最大功率追踪

【摘要】：光伏发电系统的最大功率会随着外部环境的变化而改变。本文以提高光伏系统发电效率为目的,重点研究了部分遮光条件下的最大功率追踪,实现了复杂光伏阵列建模和微分平坦控制理论在光伏系统中的应用。论文首先对光伏阵列建模。利用五参数法和兰伯特方程,根据厂家给出的光伏电池参数求出光伏电池的输出特性。构建了光伏阵列的工作矩阵,依靠牛顿-拉斐逊法求得输出电压在光伏电池上的分配方式,求得阵列输出电压对应的电流,实现了部分遮光条件下的光伏阵列建模。其次研究了常见的最大功率追踪法。用变步长的思想对扰动观察法和电导增量法进行改进。用曲线拟合法获取模糊控制器所需的参考电压。将粒子间的阶跃改为斜坡函数以缓解粒子群算法的功率振荡。再次,建立了基于boost电路的光伏系统,利用定义证明该系统为微分平坦系统,选择了输入端电容的电量为平坦输出量,使用二阶控制器对参考平坦轨迹进行跟踪,实现了对光伏阵列输出电压的直接控制。最后,基于对微分平坦控制和一般MPPT法的研究提出了一种简化的微分平坦控制和自适应步长扰动观察法结合的控制方法。该方法只需采样光伏阵列输出电压和电流就能实现复杂条件下的最大功率追踪。仿真结果证明该方法能正确检测外部环境变化,能有效避免陷入局部最大功率点,能快速、准确、稳定地追踪最大功率点。 【关键词】：最大功率追踪 部分遮光条件 微分平坦控制 扰动观察法 自适应步长
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 论文的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 MPPT方法研究11-12
• 1.2.2 光伏系统结构研究12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 第2章 复杂光伏阵列建模14-29
• 2.1 光伏电池概述14-16
• 2.1.1 光伏电池的发电原理14
• 2.1.2 光伏电池的常见类型14-16
• 2.2 光伏电池等效数学模型16-20
• 2.2.1 光伏电池模型选择16-18
• 2.2.2 模型中的相关参数求解18-20
• 2.3 单二极管模型光伏电池仿真20-22
• 2.3.1 兰伯特方程20-21
• 2.3.2 兰伯特方程在光伏电池仿真中的应用21-22
• 2.3.3 光伏电池仿真及分析22
• 2.4 复杂光伏阵列建模仿真22-27
• 2.4.1 光伏不匹配现象23-24
• 2.4.2 简单串联模型建模24-25
• 2.4.3 通用光伏阵列建模25-27
• 2.4.4 常见光伏阵列结构仿真及对比27
• 2.5 本章总结27-29
• 第3章 常用MPPT方法研究及改进29-43
• 3.1 传统MPPT法研究30-36
• 3.1.1 扰动观察法(Perturb & Observation)30-32
• 3.1.2 电导增量法(Incremental Conductance)32-33
• 3.1.3 用变步长思想改进的传统MPPT算法33-34
• 3.1.4 传统MPPT法的局限性34-36
• 3.2 模糊逻辑控制法(Fuzzy LOGIC CONTROL)36-38
• 3.3 粒子群算法(PARTICLE SWARM OPTIMIZATION)38-41
• 3.4 传统方法与PSO等算法比较41-42
• 3.5 本章总结42-43
• 第4章 微分平坦控制系统建模43-54
• 4.1 微分平坦理论43-45
• 4.1.1 微分平坦系统的定义43-44
• 4.1.2 微分平坦控制系统的设计44-45
• 4.2 BOOST电路工作原理及基本参数设置45-48
• 4.3 微分平坦系统在光伏系统中的应用48-53
• 4.3.1 光伏系统整体建模48-51
• 4.3.2 简化的微分平坦控制51
• 4.3.3 简化的微分平坦控制性能分析51-53
• 4.4 本章总结53-54
• 第5章 基于微分平坦控制的MPPT法54-65
• 5.1 简化微分平坦控制和P&O结合的MPPT算法设计54-56
• 5.1.1 简化微分平坦控制和P&O结合的MPPT过程55-56
• 5.1.2 检测阶段56
• 5.2 仿真系统搭建56-61
• 5.2.1 SIMUlink中的光伏阵列建模56-57
• 5.2.2 SIMUlink中的控制器建模57-58
• 5.2.3 控制器在不同阶段的作用58-61
• 5.3 实验设计及仿真结果分析61-64
• 5.4 本章总结64-65
• 结论65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果70

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