光伏电池单二极管模型显式建模方法研究

【摘要】：为了实现光伏发电系统的最优化设计和最优化运行,建立仿真模型是非常必要的。光伏阵列是光伏发电系统的核心组成部分,是由一定数目的光伏电池串联、并联组成。因此,光伏电池仿真建模是一个值得研究的课题。光伏电池通常采用两种等效电路模型描述:单二极管模型和双二极管模型。然而,这两种模型是关于电压和电流的隐式非线性数学表达式。为了得到对应电压下的电流,必须利用数值算法求解非线性方程,即使给出很好的初值,也未必能获得非线性方程的精确解。因此,在实际的应用中,工程设计师需要一个精确、快速的光伏电池显式解析表达式,直接获取光伏电池的电流电压(I?V)特性曲线。本文提出了三种单二极管光伏电池显式建模方法,进而获得电流关于电压的显式解析表达式。首先,引入拉格朗日插值多项式,并利用桑迪亚国家重点实验室的五个关键点作为节点来逼近光伏电池的I?V特性曲线,从而得到光伏电池I?V特性的显式解析表达式,可根据给出的电压值直接得到电流值。光伏电池的I?V特性广泛应用于估计最大功率点,而此方法把最大功率点作为节点,所以基于拉格朗日插值多项式的建模方法不能估计最大功率。然后,本文引入样条插值多项式,并利用桑迪亚国家重点实验室的三个关键点(不包括最大功率点)来逼近光伏电池I?V特性。通过此方法可以得到I?V特性的显式解析表达式,并且可估计最大功率点的位置,但不能根据给出的精度来逼近I?V特性。最后,本文引入切比雪夫插值多项式来逼近光伏电池I?V特性表达式中的指数函数部分,得到两个基于切比雪夫插值多项式的五参数模型。此方法是根据制造商提供的电气参数来获得模型中的相关参数,包括光生电流,反向饱和电流,并联电阻,串联电阻和理想因子系数,同时还可直接获得光伏电池的关键参数的显式表达,进而得到对应电压下的电流值。为了验证上述的模型的有效性,本文选择不同技术类型的硅电池在不同的光照强度和温度条件下来进行仿真测试,与现有的模型进行比较。仿真结果显示,本文提出的显式模型能够简单,快速,准确地描述光伏电池的I?V特性和估计最大功率点,可以在实际中广泛应用。 【关键词】：光伏电池I?V特性 解析模型 显式I?V特性模型 拉格朗日插值多项式 样条插值多项式 切比雪夫多项式
【学位授予单位】：渤海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• abstract6-12
• 1 绪论12-15
• 1.1 光伏发电12
• 1.2 光伏电池建模研究的意义及发展现状12-13
• 1.3 本文的主要工作13-15
• 2 光伏电池单二极管模型15-17
• 3 基于拉格朗日插值多项式的光伏电池I -V特性显式表达方法17-22
• 3.1 拉格朗日插值多项式17
• 3.1.1 拉格朗日插值多项式的基本概念及其算法17
• 3.2 基于拉格朗日插值多项式的光伏电池I -V特性显式表达方法17-19
• 3.3 仿真实验及结果讨论19-21
• 3.4 本章小结21-22
• 4 基于样条插值多项式的光伏电池I -V特性显式表达方法22-35
• 4.1 三次样条插值多项式22-25
• 4.1.1 样条插值多项式的基本概念及其算法22-25
• 4.2 基于样条插值多项式的光伏电池I -V特性显式表达方法25-28
• 4.3 仿真实验及结果分析28-34
• 4.4 本章小结34-35
• 5 基于切比雪夫多项式的硅材料光伏电池I -V特性显式表达方法35-64
• 5.1 切比雪夫多项式35-36
• 5.1.1 切比雪夫多项式的基本概念及其算法35-36
• 5.2 基于切比雪夫多项式的硅材料光伏电池I -V特性模型36-43
• 5.2.1 基于切比雪夫多项式的光伏电池I -V特性的显式表达方式36-38
• 5.2.2 两个基于切比雪夫插值多项式五参数模型38-39
• 5.2.3 基本的切比雪夫多项式39-42
• 5.2.4 修正的切比雪夫模型42
• 5.2.5 关键参数的显式表达方法42-43
• 5.3 仿真实验及结果分析43-62
• 5.4 本章小结62-64
• 总结与展望64-65
• 参考文献65-68
• 发表论文情况68-69
• 致谢69-70

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