考虑局部阴影条件下光伏系统MPPT控制研究

【摘要】：随着分布式光伏发电广泛的应用,光伏发电系统所处的环境变得越来越复杂,特别是在建筑密集的地区安装的中小型光伏系统,局部阴影遮挡问题难以避免。云层遮挡、光伏电池表面灰尘、树木或建筑物遮挡使光照不均匀,造成光伏电池输出特性发生变化,电压功率输出曲线上出现多个极值点,导致传统的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)算法有可能出现误判。因此,需要研究一种有效的控制方法来解决局部阴影条件下光伏发电系统的最大功率点跟踪。 论文分析了光伏电池的工作原理、物理特性以及热斑效应问题,利用Matlab/Simulink建立了考虑局部阴影的光伏阵列仿真模型。然后对电压功率多峰曲线的产生原理与分布规律进行仿真验证与分析,总结规律并提出光伏阵列优化设计,为研究考虑局部阴影的MPPT方法奠定理论基础。 最大功率点跟踪控制是光伏发电系统的一个关键技术。通过分析粒子群优化算法应用于MPPT控制的优缺点,本文采用量子粒子群优化算法实现光伏发电系统的MPPT控制。量子粒子群算法具有收敛精度高、不易陷入局部最优等优点,而且程序实现比粒子群算法更简单。本文详细介绍量子粒子群算法原理、基本特性、算法流程,结合光伏发电系统的最大功率跟踪原理,提出量子粒子群算法应用于光伏发电系统MPPT控制的理论流程。 为了验证基于量子粒子群算法在MPPT控制中的可行性与稳定性,应用Matlab/S imulink搭建光伏发电系统的总结构仿真模型。通过对传统MPPT方法、基于粒子群算法及量子粒子群算法控制的仿真对比分析,验证了基于量子粒子群算法在MPPT控制应用中的具有良好的跟踪性能,有效改善了局部阴影条件下光伏阵列输出效率低的问题。 【关键词】：光伏系统 最大功率点跟踪 量子粒子群优化算法 局部阴影
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• Contents10-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 光伏阵列拓扑结构的研究现状14-16
• 1.2.2 光伏发电系统MPPT的研究现状16-18
• 1.3 本课题研究的主要内容18-19
• 第二章 光伏发电系统概述19-33
• 2.1 光伏发电系统结构19-22
• 2.2 光伏电池及其数学模型22-26
• 2.2.1 光伏电池发电原理22-23
• 2.2.2 光伏电池模型与特性23-26
• 2.3 光伏阵列工程用模型26-27
• 2.4 局部阴影对光伏阵列的影响27-32
• 2.4.1 热斑效应分析27-28
• 2.4.2 热斑效应解决方法28-29
• 2.4.3 光伏阵列多峰模型29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 局部阴影下光伏阵列输出特性分析33-44
• 3.1 局部阴影下的光伏阵列仿真模型33-35
• 3.1.1 光伏阵列建模方法分析33
• 3.1.2 光伏阵列模型建立33-35
• 3.2 均匀光照下的光伏阵列输出特性分析35-36
• 3.3 局部阴影下的光伏阵列输出特性分析36-42
• 3.3.1 带旁路和阻塞二极管的输出特性分析36-39
• 3.3.2 各种阴影分布的输出特性分析39-42
• 3.4 光伏阵列优化设计42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 局部阴影下光伏系统MPPT方法研究44-59
• 4.1 光伏发电系统最大功率点跟踪的原理44-46
• 4.2 最大功率点跟踪方法46-50
• 4.2.1 传统的最大功率点跟踪方法46-49
• 4.2.2 阴影下的最大功率点跟踪方法49-50
• 4.3 粒子群算法50-53
• 4.3.1 算法原理50-51
• 4.3.2 算法流程51-52
• 4.3.3 算法在MPPT中的应用分析52-53
• 4.4 量子粒子群算法53-57
• 4.4.1 算法原理53-55
• 4.4.2 算法流程55-56
• 4.4.3 与PSO算法的比较分析56
• 4.4.4 算法在MPPT中的应用56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 基于量子粒子群算法的MPPT系统仿真59-71
• 5.1 光伏发电系统结构建模59-61
• 5.1.1 光伏阵列建模59-60
• 5.1.2 DC-DC变换电路建模60
• 5.1.3 PWM脉冲信号建模60-61
• 5.2 基于量子粒子群算法的MPPT建模与仿真61-66
• 5.2.1 模块建立61
• 5.2.2 寻优仿真61-64
• 5.2.3 与PSO算法比较分析64-66
• 5.3 局部阴影条件下光伏发电系统仿真与分析66-70
• 5.4 本章小结70-71
• 总结与展望71-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士期间发表的论文78-80
• 致谢80

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