基于组态优化的光伏阵列控制技术的研究

【摘要】： 太阳能光伏发电作为可再生能源的重要组成部分在未来将成为能源供应的重要组成部分。加速开发利用以太阳能为主体的可再生能源已成为人们的共识。光伏发电系统可将太阳光能直接转换为电能,但系统的低效率、高成本,仍然是制约光伏发电普及的一个主要因素。因此国内外众多学者均致力于有关提高光伏系统效率的研究,对太阳能方阵的组态优化控制是提高光伏系统效率的一个重要研究内容。 本课题根据光伏电池的工作特性,设计了一个光伏阵列的组态优化控制系统和一个基于组态优化的弱光充电器。大规模太阳能光伏阵列的输出功率除了受入射光强和环境温度影响较大外,还受安装环境和安装位置的影响,随着太阳光入射角度的变化,不同位置的光伏阵列其输出变化也有明显差别。为了更好地发挥光伏阵列的工作效率,在外部环境发生变化时,对光伏阵列进行合理的重新组态可提高光伏阵列的输出功率。本文在梯度法实现最大功率点追踪的基础上,提出了基于组态优化的光伏阵列控制方法来进一步提高光伏阵列的输出功率。光伏阵列的组态优化是根据检测光伏组件的入射光强和表面温度来控制光伏阵列的组态方式,系统主要包括A/D转换模块和组态开关控制模块、测温模块、入射光强度检测模块、组态开关模块、PC机与A/D转换模块之间的USB通信模块、PC机与组态开关控制模块之间的USB通信模块、PC机监测平台。在太阳光较弱时,光伏组件的电流输出很小,不能直接对蓄电池进行充电,为了使光伏组件能在弱光下对蓄电池充电,本论文提出了一种基于组态优化的弱光光伏充电法,该方法是由单片机处理器根据光伏阵列输出开路电压和光伏阵列进行充电时电压的采样值来输出控制MOS管通断的信号,实现弱光下对蓄电池有效充电控制。 本文对光伏阵列的组态优化控制做了仿真研究,证明了本文所设计方案的可行性,并对组态优化控制系统进行实验研究,实验结果证明该方法能有效提高光伏阵列的输出效率。本文还设计了一个基于组态优化的弱光充电器,从实验结果可知,在弱光情况下,该充电器能有效的对蓄电池充电控制。 【关键词】：光伏阵列 组态优化 模型预测控制 最大功率跟踪 监测平台
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• Contents9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 光伏发电的发展现状以及前景11-13
• 1.2 光伏发电系统的简单介绍13-14
• 1.3 本课题所做的工作和意义14-16
• 1.4 本文的结构16
• 1.5 小结16-17
• 第二章 光伏电池的基本原理和电路特性17-24
• 2.1 光伏电池的原理17-18
• 2.2 光伏电池的电气特性18-21
• 2.2.1 光伏电池的输出特性方程18-20
• 2.2.2 光伏组件与光伏阵列20-21
• 2.3 光伏组件的仿真实现21-23
• 2.4 小结23-24
• 第三章 组态优化控制24-39
• 3.1 光伏阵列的组态优化可行性分析24-35
• 3.1.1 光伏阵列的组态优化依据24
• 3.1.2 控制方法的确定24-27
• 3.1.3 光伏阵列数学模型的建立与参数辨识27-30
• 3.1.4 光伏阵列的组态优化仿真30-35
• 3.2 光伏阵列的组态优化在弱光下的应用分析35-38
• 3.2.1 弱光下光伏阵列输出分析35-36
• 3.2.2 基于组态优化的弱光充电法36-38
• 3.3 小结38-39
• 第四章 组态优化控制电路的设计39-54
• 4.1 系统的构成39-40
• 4.2 USB通信、A/D转换和CPLD组态输出信号电路40-44
• 4.3 温度、电压、电流和光强检测电路44-47
• 4.4 组态开关电路47-48
• 4.5 弱光充电电路48-53
• 4.6 小结53-54
• 第五章 组态优化控制系统的软件设计54-64
• 5.1 编程语言的选择54-55
• 5.2 监测平台的设计55-62
• 5.2.1 数据采集和显示56-58
• 5.2.2 开关信号发出58
• 5.2.3 数据保存58-59
• 5.2.4 组态优化控制主程序设计59-62
• 5.3 弱光充电的主程序设计62-63
• 5.4 小结63-64
• 第六章 组态优化的光伏阵列最大功率输出系统的测试结果与分析64-70
• 6.1 测试方法64
• 6.2 最大功率输出系统的测试结果64-67
• 6.3 弱光充电控制系统的测试结果67-69
• 6.4 小结69-70
• 结论和展望70-71
• 1 主要研究的工作总结70
• 2 今后研究工作的展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间所发表的论文75-77
• 致谢77

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