计及多极值点条件的光伏发电系统MPPT研究
发布时间：2021-01-06 20:30
现如今,光伏发电作为太阳能发电的众多方式之一,其应用领域日益广泛。在实际应用中,光伏阵列上方可能会存在部分遮挡物使其输出特性曲线呈现出多个功率极值点。为了能快速准确地追踪到光伏最大功率点,本文分别在电导增量法和果蝇算法基础上做出改进,提出两种改进的最大功率点跟踪算法,并对所提出的算法进行验证分析。本文主要研究工作包括:首先,建立光伏电池数学模型,通过分析模型推导出输出电压、电流表达式。在Simulink中建立单体光伏电池以及光伏阵列仿真模型,分析遮挡情况下光伏阵列的输出特性。针对光伏电池的串并联失配问题,文中做简要分析并给出常用的解决方法。其次,在环境突变情况下,提出一种基于功率预测-变步长电导增量法的MPPT算法。针对电导增量法在跟踪光伏最大功率点时不能同时保证跟踪速度和稳态精度的问题,文中对电导增量法步长系数做出改进。为了避免算法在环境突变情况下出现功率损耗,在算法中加入功率预测原理。最后,通过仿真算例,通过与现有算法的对比,验证所提出算法的快速性和稳态性。最后,针对局部遮挡情况,在果蝇算法的基础上,提出一种基于自适应变步长果蝇算法的MPPT算法。所提算法采用自适应变步长Levy飞...
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2019主要国家装机情况
第1章绪论2图1-22010-2019年我国光伏发电累计装机容量随着各国对光伏发电技术的需求，使其发展逐步得到完善，发电成本逐渐呈现出递减趋势。过去十年我国光伏发电累计所用成本降低了约90%，预计未来几年还会持续递减，在未来几年光伏发电的价格将降低至火电发电的水平，价格的降低将促使平价上网的实现，从而加快光伏发电技术的成长速度。光伏发电作为利用太阳能进行发电的众多方式之一，近年来在工业区、居民楼区等地方光伏电池板安装数量越来越多，其所处环境发生突变时会导致输出特性呈现出多个极值点。当太阳能电池板上方部分区域因树木或其他物体的存在导致接受光照较弱时，由于该区域中不同光伏模块的输出特性不同且在各自的功率达到最大后会呈现出不同的局部极值，进而使得整个系统出现多极值点特性。此外，由于遮挡区域的存在会消耗正常工作区域的电池产生的能量，在导致被遮挡部分发热的同时还会缩短其使用寿命[4]，严重时被遮挡的光伏模块会被烧坏，同时阴影的存在还会降低系统整体的输出效率。因此针对光伏发电系统在环境突变和局部遮挡环境下的多极值点输出特性，本文提出两种最大功率跟踪算法，减小局部遮挡对光伏阵列的影响，提高光伏发电系统在光照强度突变及局部遮挡情况下的输出效率。1.2国内外研究现状实际运行中的光伏发电系统因所处环境的不同使其呈现出不同的输出特性，这种差异体现在极值点的个数上。在环境保持不变的情况下，输出特性表现为单极值点特性，也就是说经过一段时间就能追踪到最大功率，一旦环境发生变化就有可能出现局部极值点的情况。因此，很多学者针对复杂环境下光伏发电系统的最大功率跟踪展开研究。光伏发电系统运行过程中存在的一个明显问题是光伏电池的能量转化效率低，这已成
第2章光伏发电系统建模与仿真7第2章光伏发电系统建模与仿真光伏发电作为利用太阳能进行发电的众多方式之一，其系统性能受光伏电池的制约，对光伏电池采用不同的连接方式建模并根据其所处环境的不同，进而表现出不同的输出特性。本章针对光伏电池建模并分析其在不同的温度和光照强度下的输出特性，对由光伏电池经过串并联得到的光伏阵列进行局部遮挡，分析相应的输出特性。2.1光伏发电系统分类光伏发电系统通常分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统以及混合光伏发电系统。独立光伏发电系统通过内部的光伏电池产生能量供给负载使用且不与电网相连接，由于一天中温度和光照强度时刻改变，在光照较强时系统中产生的能量可能多于负载需求，此时多余的能量会浪费掉，因此为了更好的实现能量的高效利用，一般在光伏直流侧中并入蓄电池并在变换器的配合下实现对能量的高效管理。并网光伏发电系统的并网侧交流设备所需的能量由直流侧经过升压逆变提供，光伏并网逆变器的输出通常带有谐波会对电网造成影响，因此可以在逆变器结构中加入装置减小谐波影响。混合光伏发电系统中含有备用电源可以满足负载的需求，但是系统结构复杂因此控制方法也有一定的复杂性。本文主要研究独立光伏发电系统，针对不同算法建立相应的MPPT模块来研究不同状况下的最大功率跟踪情况。2.2单极值点条件下光伏电池建模及仿真分析2.2.1光伏电池数学模型图2-1是基于单个二极管建立的数学模型，其中电流源是单个二极管等效模型的一部分，由其产生的电流为Iph，一个二极管代表二极管电流穿越的扩散现象。图2-1光伏电池单二极管模型图中各分量代表的含义：
【参考文献】：
期刊论文
[1]微电网光伏电池的simulink仿真与研究[J]. 孙朝鹏,程瑶. 电子世界. 2020(02)
[2]基于混合策略改进的果蝇优化算法[J]. 李良光,朱丽,邢丽坤. 计算机工程与设计. 2020(01)
[3]关于太阳能发电技术的综述及展望[J]. 周昰彤,鞠振河. 电子世界. 2020(01)
[4]光伏电池最大功率点跟踪研究综述[J]. 付子义,张字远. 电源技术. 2019(12)
[5]基于电导增量法的改进型光伏电池MPPT控制方法仿真研究[J]. 周逢雨,苗中华,韩科立. 工业控制计算机. 2019(11)
[6]基于参考电流型光伏发电系统变功率输出控制策略[J]. 杨明,鲍靖雯,高龙将,黄旭,孙岩洲. 电力系统保护与控制. 2019(20)
[7]一种新型的改进果蝇优化算法[J]. 戈涛,张馨. 现代计算机. 2019(29)
[8]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)
[9]自适应变步长扰动观察法在光伏系统MPPT中的运用[J]. 郑年伟,吉培荣,刘浩,刘婧珂. 电力科学与工程. 2019(09)
[10]局部阴影下光伏阵列MPPT控制策略研究[J]. 胡林静,刘凯,刘彤. 计算机仿真. 2019(08)
硕士论文
[1]基于阴影识别算法的光伏阵列结构优化技术研究[D]. 叶焙佳.浙江工业大学 2019
[2]改进型电导增量与模糊控制相结合的MPPT算法的研究[D]. 时文.河北科技大学 2019
[3]光伏发电系统动态建模研究[D]. 谭锦文.华北电力大学(北京) 2019
本文编号：2961212
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2019主要国家装机情况
第1章绪论2图1-22010-2019年我国光伏发电累计装机容量随着各国对光伏发电技术的需求，使其发展逐步得到完善，发电成本逐渐呈现出递减趋势。过去十年我国光伏发电累计所用成本降低了约90%，预计未来几年还会持续递减，在未来几年光伏发电的价格将降低至火电发电的水平，价格的降低将促使平价上网的实现，从而加快光伏发电技术的成长速度。光伏发电作为利用太阳能进行发电的众多方式之一，近年来在工业区、居民楼区等地方光伏电池板安装数量越来越多，其所处环境发生突变时会导致输出特性呈现出多个极值点。当太阳能电池板上方部分区域因树木或其他物体的存在导致接受光照较弱时，由于该区域中不同光伏模块的输出特性不同且在各自的功率达到最大后会呈现出不同的局部极值，进而使得整个系统出现多极值点特性。此外，由于遮挡区域的存在会消耗正常工作区域的电池产生的能量，在导致被遮挡部分发热的同时还会缩短其使用寿命[4]，严重时被遮挡的光伏模块会被烧坏，同时阴影的存在还会降低系统整体的输出效率。因此针对光伏发电系统在环境突变和局部遮挡环境下的多极值点输出特性，本文提出两种最大功率跟踪算法，减小局部遮挡对光伏阵列的影响，提高光伏发电系统在光照强度突变及局部遮挡情况下的输出效率。1.2国内外研究现状实际运行中的光伏发电系统因所处环境的不同使其呈现出不同的输出特性，这种差异体现在极值点的个数上。在环境保持不变的情况下，输出特性表现为单极值点特性，也就是说经过一段时间就能追踪到最大功率，一旦环境发生变化就有可能出现局部极值点的情况。因此，很多学者针对复杂环境下光伏发电系统的最大功率跟踪展开研究。光伏发电系统运行过程中存在的一个明显问题是光伏电池的能量转化效率低，这已成
第2章光伏发电系统建模与仿真7第2章光伏发电系统建模与仿真光伏发电作为利用太阳能进行发电的众多方式之一，其系统性能受光伏电池的制约，对光伏电池采用不同的连接方式建模并根据其所处环境的不同，进而表现出不同的输出特性。本章针对光伏电池建模并分析其在不同的温度和光照强度下的输出特性，对由光伏电池经过串并联得到的光伏阵列进行局部遮挡，分析相应的输出特性。2.1光伏发电系统分类光伏发电系统通常分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统以及混合光伏发电系统。独立光伏发电系统通过内部的光伏电池产生能量供给负载使用且不与电网相连接，由于一天中温度和光照强度时刻改变，在光照较强时系统中产生的能量可能多于负载需求，此时多余的能量会浪费掉，因此为了更好的实现能量的高效利用，一般在光伏直流侧中并入蓄电池并在变换器的配合下实现对能量的高效管理。并网光伏发电系统的并网侧交流设备所需的能量由直流侧经过升压逆变提供，光伏并网逆变器的输出通常带有谐波会对电网造成影响，因此可以在逆变器结构中加入装置减小谐波影响。混合光伏发电系统中含有备用电源可以满足负载的需求，但是系统结构复杂因此控制方法也有一定的复杂性。本文主要研究独立光伏发电系统，针对不同算法建立相应的MPPT模块来研究不同状况下的最大功率跟踪情况。2.2单极值点条件下光伏电池建模及仿真分析2.2.1光伏电池数学模型图2-1是基于单个二极管建立的数学模型，其中电流源是单个二极管等效模型的一部分，由其产生的电流为Iph，一个二极管代表二极管电流穿越的扩散现象。图2-1光伏电池单二极管模型图中各分量代表的含义：
【参考文献】：
期刊论文
[1]微电网光伏电池的simulink仿真与研究[J]. 孙朝鹏,程瑶. 电子世界. 2020(02)
[2]基于混合策略改进的果蝇优化算法[J]. 李良光,朱丽,邢丽坤. 计算机工程与设计. 2020(01)
[3]关于太阳能发电技术的综述及展望[J]. 周昰彤,鞠振河. 电子世界. 2020(01)
[4]光伏电池最大功率点跟踪研究综述[J]. 付子义,张字远. 电源技术. 2019(12)
[5]基于电导增量法的改进型光伏电池MPPT控制方法仿真研究[J]. 周逢雨,苗中华,韩科立. 工业控制计算机. 2019(11)
[6]基于参考电流型光伏发电系统变功率输出控制策略[J]. 杨明,鲍靖雯,高龙将,黄旭,孙岩洲. 电力系统保护与控制. 2019(20)
[7]一种新型的改进果蝇优化算法[J]. 戈涛,张馨. 现代计算机. 2019(29)
[8]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)
[9]自适应变步长扰动观察法在光伏系统MPPT中的运用[J]. 郑年伟,吉培荣,刘浩,刘婧珂. 电力科学与工程. 2019(09)
[10]局部阴影下光伏阵列MPPT控制策略研究[J]. 胡林静,刘凯,刘彤. 计算机仿真. 2019(08)
硕士论文
[1]基于阴影识别算法的光伏阵列结构优化技术研究[D]. 叶焙佳.浙江工业大学 2019
[2]改进型电导增量与模糊控制相结合的MPPT算法的研究[D]. 时文.河北科技大学 2019
[3]光伏发电系统动态建模研究[D]. 谭锦文.华北电力大学(北京) 2019
本文编号：2961212
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