局部遮阴下光伏MPPT算法研究与控制器设计
发布时间：2020-12-16 18:27
随着能源需求的不断增长和环境问题的日益恶化,人们对可再生能源利用产生了极大兴趣。在光伏发电过程中,光伏组件光照不均或局部遮阴在光伏发电系统中是不可避免的问题。阴影造成阵列失配以及热斑现象不仅严重影响发电效率,而且还会带来安全和可靠性问题。光伏阵列受此影响,其输出P-V特性曲线不再呈现单一峰值,而会产生多峰现象,使得传统的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）控制算法已失效。因此,研究在局部遮阴情况下的MPPT技术具有实际的重要意义。为研究光伏发电最大功率点跟踪技术,首先,本文对光伏电池工作原理进行了介绍,研究其不同数学模型,通过仿真分析电池的输出特性,并详细阐述了在局部遮阴下光伏阵列多峰现象产生的机理以及仿真分析了遮阴下的输出特性曲线。然后对常规的MPPT技术进行理论研究,并通过仿真对比了各个算法的优缺点以及适用场合;在局部遮阴条件下,本文引入粒子群优化算法,并对其重要参数进行改进,针对不同的粒子选型,本文采用基于电压和基于占空比两种粒子类型,通过MATLAB/Simulink仿真平台验证算法的可行性和良好的寻优性能,并与传统的扰动法进行对...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光伏电池输出特性测试仿真模型图
西安科技大学全日制工程硕士学位论文14额外的电流路径。因此，部分阴影时，被遮挡模块不再承载相同的电流，导致光伏系统出现多峰值特性，给光伏阵列最大功率点跟踪控制带来了困难。I0V未被遮阴的组件串电流阴影组件工作在反向偏置区域的阴影模块击穿电压反向电压图2.11光伏组件在反向偏置区域的I-V曲线2.4.2局部遮阴下光伏阵列输出特性分析光伏阵列的连接方式主要有串联方式、网状方式和桥接方式等[42]。为解决上述问题，实际工程中一般在光伏组件两端并联旁路二极管来防止热斑效应，并在每一个串联支路中串一个阻塞二极管，防止由于支路故障导致正常工作的组件电流流向有问题的组件，减少并联时的失配损失。据上一节分析，在均匀光照下，光伏组件IV输出曲线符合单膝特性，其PV曲线符合单峰特性；在局部遮阴下，光伏阵列的IV输出特性曲线呈现多膝特性，其PV曲线呈现多峰特性。为更好分析在不同遮阴情况下光伏组件输出特性曲线，利用MATLAB/Simulink搭建了如图2.12所示的3*1串联光伏阵列仿真模型。图2.123*1串联光伏阵列仿真模型根据表2.1所示的光伏组件的光照强度分布情况进行仿真，其温度假设都为25C，
3常规MPPT算法研究及仿真分析25表3.2动态条件下光伏电池输出功率表时间(s)00.20.40.6温度(℃)25351525光强(W/m2)100012008001000功率(W)103.5128.2780.05103.5图3.9光伏系统仿真模型3.3.1恒定电压法仿真在MPPT算法模块中，设定的标准电压为18V，加入PID是为了更快到达稳定的输出，RepeatingSequence模块用于产生载波信号，恒压法算法模块如图3.10所示。图3.10恒定电压法算法模型通过仿真得到其输出功率波形曲线，如图3.11所示。从图可明显看出，恒定电压法跟踪速度非常快，大约在6ms时就跟踪到了最大功率。0.2s时温度和光照强度增大，此时光照强度为1200W/m2，由表3.2可知其输出功率理论值应为128.27W，与实际输出误差不大，但是输出功率在123～128W之间振荡，波动5W左右；在0.4s时光强和温度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DSP的改进蚁群二阶段MPPT控制器设计[J]. 王朱锁,张军朝,张俊虎,霍平. 电子器件. 2019(06)
[2]基于改进型扰动观察法的MPPT控制策略研究[J]. 楼伯良,吴俊,黄弘扬,马智泉,徐群伟. 浙江电力. 2019(09)
[3]基于梯度下降和差分进化的光伏阵列MPPT方法[J]. 叶进,董美辰,何华光,胡亮青. 控制工程. 2019(09)
[4]山水林田湖草生态保护修复的系统思想——践行“绿水青山就是金山银山”[J]. 姜霞,王坤,郑朔方,胡小贞,储昭升. 环境工程技术学报. 2019(05)
[5]变PWM步长的爬山法在光伏发电系统中的应用[J]. 裴贝贝,王维庆,王海云,李媛. 电测与仪表. 2018(23)
[6]太阳能光伏发电技术应用现状及未来发展趋势研究[J]. 李伟. 江苏科技信息. 2018(24)
[7]一种基于增量电导法的变步长MPPT算法[J]. 卫东,王央康,常亚文. 太阳能学报. 2018(05)
[8]太阳能发电系统现状及发展趋势[J]. 王涛. 电子技术与软件工程. 2017(23)
[9]光伏电池精确工程模型及输出特性研究[J]. 张鹏,周碧英. 电子测量与仪器学报. 2016(01)
[10]局部阴影下光伏阵列全局最大功率点跟踪控制方法综述[J]. 聂晓华,赖家俊. 电网技术. 2014(12)
硕士论文
[1]基于滑模控制光伏发电系统最大功率点的研究[D]. 孙昌旭.安徽理工大学 2018
[2]基于改进型MPPT的并网型光伏逆变器系统研究[D]. 周泽龙.湖南大学 2016
[3]基于改进型算法的太阳能最大功率点追踪（MPPT）的研究与实现[D]. 边鸣镝.吉林大学 2016
[4]光伏系统不均匀光照下最大功率点跟踪研究[D]. 雷蕾.重庆大学 2011
本文编号：2920587
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光伏电池输出特性测试仿真模型图
西安科技大学全日制工程硕士学位论文14额外的电流路径。因此，部分阴影时，被遮挡模块不再承载相同的电流，导致光伏系统出现多峰值特性，给光伏阵列最大功率点跟踪控制带来了困难。I0V未被遮阴的组件串电流阴影组件工作在反向偏置区域的阴影模块击穿电压反向电压图2.11光伏组件在反向偏置区域的I-V曲线2.4.2局部遮阴下光伏阵列输出特性分析光伏阵列的连接方式主要有串联方式、网状方式和桥接方式等[42]。为解决上述问题，实际工程中一般在光伏组件两端并联旁路二极管来防止热斑效应，并在每一个串联支路中串一个阻塞二极管，防止由于支路故障导致正常工作的组件电流流向有问题的组件，减少并联时的失配损失。据上一节分析，在均匀光照下，光伏组件IV输出曲线符合单膝特性，其PV曲线符合单峰特性；在局部遮阴下，光伏阵列的IV输出特性曲线呈现多膝特性，其PV曲线呈现多峰特性。为更好分析在不同遮阴情况下光伏组件输出特性曲线，利用MATLAB/Simulink搭建了如图2.12所示的3*1串联光伏阵列仿真模型。图2.123*1串联光伏阵列仿真模型根据表2.1所示的光伏组件的光照强度分布情况进行仿真，其温度假设都为25C，
3常规MPPT算法研究及仿真分析25表3.2动态条件下光伏电池输出功率表时间(s)00.20.40.6温度(℃)25351525光强(W/m2)100012008001000功率(W)103.5128.2780.05103.5图3.9光伏系统仿真模型3.3.1恒定电压法仿真在MPPT算法模块中，设定的标准电压为18V，加入PID是为了更快到达稳定的输出，RepeatingSequence模块用于产生载波信号，恒压法算法模块如图3.10所示。图3.10恒定电压法算法模型通过仿真得到其输出功率波形曲线，如图3.11所示。从图可明显看出，恒定电压法跟踪速度非常快，大约在6ms时就跟踪到了最大功率。0.2s时温度和光照强度增大，此时光照强度为1200W/m2，由表3.2可知其输出功率理论值应为128.27W，与实际输出误差不大，但是输出功率在123～128W之间振荡，波动5W左右；在0.4s时光强和温度
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DSP的改进蚁群二阶段MPPT控制器设计[J]. 王朱锁,张军朝,张俊虎,霍平. 电子器件. 2019(06)
[2]基于改进型扰动观察法的MPPT控制策略研究[J]. 楼伯良,吴俊,黄弘扬,马智泉,徐群伟. 浙江电力. 2019(09)
[3]基于梯度下降和差分进化的光伏阵列MPPT方法[J]. 叶进,董美辰,何华光,胡亮青. 控制工程. 2019(09)
[4]山水林田湖草生态保护修复的系统思想——践行“绿水青山就是金山银山”[J]. 姜霞,王坤,郑朔方,胡小贞,储昭升. 环境工程技术学报. 2019(05)
[5]变PWM步长的爬山法在光伏发电系统中的应用[J]. 裴贝贝,王维庆,王海云,李媛. 电测与仪表. 2018(23)
[6]太阳能光伏发电技术应用现状及未来发展趋势研究[J]. 李伟. 江苏科技信息. 2018(24)
[7]一种基于增量电导法的变步长MPPT算法[J]. 卫东,王央康,常亚文. 太阳能学报. 2018(05)
[8]太阳能发电系统现状及发展趋势[J]. 王涛. 电子技术与软件工程. 2017(23)
[9]光伏电池精确工程模型及输出特性研究[J]. 张鹏,周碧英. 电子测量与仪器学报. 2016(01)
[10]局部阴影下光伏阵列全局最大功率点跟踪控制方法综述[J]. 聂晓华,赖家俊. 电网技术. 2014(12)
硕士论文
[1]基于滑模控制光伏发电系统最大功率点的研究[D]. 孙昌旭.安徽理工大学 2018
[2]基于改进型MPPT的并网型光伏逆变器系统研究[D]. 周泽龙.湖南大学 2016
[3]基于改进型算法的太阳能最大功率点追踪（MPPT）的研究与实现[D]. 边鸣镝.吉林大学 2016
[4]光伏系统不均匀光照下最大功率点跟踪研究[D]. 雷蕾.重庆大学 2011
本文编号：2920587
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