光伏并网系统MPPT方法及能量损失研究

【摘要】：光伏发电并网系统在发电过程中,由于云层、建筑物、树影等的遮挡会使光伏阵列发生局部阴影现象,导致光伏阵列的P-U输出特性呈现多峰值现象。光伏阵列处于局部阴影下时,采用常规MPPT方法进行控制会陷入局部最大功率点,导致系统功率损失,因此研究多峰值MPPT控制方法具有重要意义。在光伏发电并网系统进行MPPT控制时会产生能量损失,主要包括在最大功率点附近的振荡现象和由于外界环境变化产生的误判现象。对最大功率点跟踪过程中的能量损失进行分析有利于详细了解最大功率点跟踪过程,对提高MPPT方法的跟踪效率和系统效率均有帮助。本文首先介绍了光伏电池的发电原理,并分析了光伏电池的物理模型和工程模型,建立了均匀光照条件下和局部阴影条件下的光伏阵列数学模型。在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,研究了光照强度和温度对光伏阵列输出特性的影响,仿真结果表明局部阴影条件下光伏阵列P-U输出特性呈现多峰值,为后续研究提供了理论依据。在分析均匀光照条件下几种常规单峰值MPPT方法的基础上,重点研究了基于模糊控制的MPPT方法,设计了模糊控制器,并基于Matlab/Simulink进行了仿真验证。在常规MPPT控制方法的基础上,对局部阴影条件下的全局最大功率点跟踪进行了研究。由于粒子群算法在多极值寻优中的优势,本文将其引入全局最大功率点跟踪控制中。基本粒子群算法在算法后期存在收敛较慢的问题,针对这一问题,本文对基于粒子群算法的全局最大功率点跟踪方法进行了改进,并仿真验证了改进后的算法具有兼顾快速性和精确性的优点。本文还分析了最大功率点跟踪过程中的能量损失问题,重点分析了扰动观察法和电导增量法应用过程中,由于误判和在最大功率点附近振荡产生的能量损失。本文最后在实验室现有10k W单级式的光伏发电并网系统硬件实验平台上进行了均匀光照条件下扰动观察法实验和局部阴影条件下光伏阵列输出特性的实验研究,并对基于扫描法的全局最大功率点跟踪方法进行了实验验证,实验结果表明该跟踪方法的正确性。 【关键词】：光伏发电 局部阴影 MPPT 能量损失
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 1 绪论17-26
• 1.1 光伏发电研究背景及意义17-18
• 1.2 光伏发电系统简介18-21
• 1.3 最大功率点跟踪算法研究现状21-23
• 1.4 最大功率点跟踪能量损失研究现状23-24
• 1.5 本文主要研究内容24-26
• 2 局部阴影条件下光伏阵列特性研究26-38
• 2.1 光伏电池工作原理26-27
• 2.2 光伏电池模型27-30
• 2.3 均匀光照条件下光伏阵列模型30-33
• 2.4 局部阴影条件下光伏阵列模型33-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 局部阴影条件下最大功率点跟踪算法研究38-63
• 3.1 均匀光照条件下MPPT算法38-48
• 3.2 局部阴影条件下MPPT算法48-55
• 3.3 基于粒子群算法的改进全局MPPT算法55-62
• 3.4 本章小结62-63
• 4 最大功率点跟踪能量损失分析63-76
• 4.1 恒定电压法能量损失分析63-64
• 4.2 扰动观察法能量损失分析64-70
• 4.3 电导增量法能量损失分析70-75
• 4.4 本章小结75-76
• 5 光伏并网系统实验研究76-85
• 5.1 实验平台介绍76-77
• 5.2 扰动观察法实验研究77-78
• 5.3 局部阴影条件下光伏阵列输出特性实验研究78-79
• 5.4 局部阴影条件下全局最大功率点跟踪实验研究79-84
• 5.5 本章小结84-85
• 6 总结及展望85-87
• 6.1 总结85-86
• 6.2 后续工作展望86-87
• 参考文献87-93
• 作者简历93-95
• 学位论文数据集95

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