光伏电池模型参数辨识及老化故障的研究

【摘要】：太阳能资源及其丰富，并且分布广泛，是最具有潜力的新能源。随着光伏发电产业的逐步发展，光伏发电站中光伏阵列的状态监控和故障诊断显的越来越重要。目前，国内外对光伏阵列的故障诊断的研究都是在光伏阵列的连接结构基础上进行研究的，当前已有的故障诊断方法主要分为两大类：电信号诊断方法和红外图像诊断方法。这两大类方法都是根据太阳能电池的外部特性来检测故障的，虽然这些光伏阵列故障诊断系统有一定的工程价值，但这些基础研究都没有深入到电池模型的层面，无法从电池模型的内部机理来研究和分析故障。 为了深入研究光伏电池发生老化故障时电池内部机理和参数如何发生变化，并对光伏电池故障进行定量描述。本文从基本理论出发，研究了光伏电池模型的半导体结构与内部特性，分析故障发生时电池内部参数的变化特性，推导出电池老化与模型参数之间的关系，初步建立老化故障模型。本文研究的最关键的一步是对光伏电池的参数进行快速准确地辨识，为此本文引入了自适应混沌粒子群融合算法（SA-CPSO），实现了光伏电池参数的快速准确性辨识。本文利用SA-CPSO算法对模拟的老化电池的参数进行辨识，分析了电池内部参数的变化规律并初步提出了老化电池的故障模型。 最后，本文搭建了以FPGA为核心的光伏电池模型参数辨识的的硬件系统电路。在实际环境中通过减少电池表面的透光率来模拟电池不同的老化状态，用搭建的硬件电路进行了反复实验。实验结果验证了本文提出的自适应混沌粒子群算法进行参数辨识的准确性和推导的老化电池故障模型的有效性。本文的研究不但为光伏电池老化故障的研究和诊断提供了基础，而且在光伏阵列的发电量预测和最大功率点跟踪控制领域也具有很重要的工程价值。 【关键词】：参数辨识 自适应混沌粒子群 老化 光伏电池故障模型 故障诊断
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 光伏产业的国内外现状及发展前景8-10
• 1.1.1 光伏产业的国内外现状8-9
• 1.1.2 光伏产业的发展前景9-10
• 1.2 光伏发电面临的主要问题10-12
• 1.2.1 光伏电池的主要故障10-11
• 1.2.2 光伏阵列故障的研究现状11-12
• 1.3 本课题的主要研究12-13
• 第二章 光伏电池原理与老化机理13-20
• 2.1 光伏电池原理与特性13-15
• 2.1.1 光伏电池的原理13-14
• 2.1.2 光伏电池的模型14-15
• 2.2 光伏电池老化的机理15-20
• 2.2.1 光伏电池老化机理分析15-18
• 2.2.2 EVA 老化对光伏电池的影响18
• 2.2.3 对电池老化的研究思路18-20
• 第三章 基于自适应混沌粒子群算法的参数辨识20-30
• 3.1 不同参数辨识方法的优缺点20-21
• 3.2 自适应混沌粒子群算法21-24
• 3.3 自适应混沌粒子群算法在参数辨识中的应用24-30
• 3.3.1 实际光伏电池的参数估计26-27
• 3.3.2 不同算法的仿真比较验证27-30
• 第四章 基于 FPGA 的光伏电池模型参数辨识的硬件设计30-52
• 4.1 硬件电路的总体设计30-31
• 4.2 FPGA 和 Verilog HDL 硬件描述语言31-36
• 4.2.1 FPGA 的原理与特点31-34
• 4.2.2 Verilog HDL 硬件描述语言的介绍34-36
• 4.3 硬件电路功能模块的实现36-48
• 4.3.1 电流电压测量电路的设计36-39
• 4.3.2 光伏电池的背板温度测量电路设计39-42
• 4.3.3 辐照度测量电路设计42-45
• 4.3.4 FPGA 与单片机之间 UART 通信的实现45-47
• 4.3.5 LCD 液晶屏显示设计47-48
• 4.4 硬件测量电路的误差分析及改进48-52
• 4.4.1 基于二维回归分析的电流传感器温度补偿48-50
• 4.4.2 辐照度测量的误差分析与温度补偿50-52
• 第五章 光伏电池参数辨识的硬件实现与老化现象的模拟实验52-60
• 5.1 光伏电池模型的参数辨识算法的设计52-54
• 5.2 光伏电池老化故障的模拟实验设计54
• 5.3 实验平台的搭建与实验内容54-56
• 5.3.1 实验平台的搭建54-55
• 5.3.2 实验的内容与过程55-56
• 5.4 实验结果与数据分析56-60
• 5.4.1 光伏电池参数辨识的数据分析56-58
• 5.4.2 系统平台对模拟老化电池的实验58-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 发表论文和参加科研情况说明66-67
• 致谢67-68
• 附录68-83

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