复杂光照下光伏阵列功率优化策略研究

发布时间：2020-10-14 05:32

　　 光伏发电被认为是当前世界上最具有发展前景的新能源技术,但在实际运行过程中,光伏发电转换效率低,制约其广泛应用。在实际运行过程中,光伏阵列不可避免地会遇到阴影遮挡的问题,导致输出功率大幅下降,造成失配现象。现有的解决失配现象的方法一般是并联旁路二极管,但旁路二极管导通会导致部分正常光照下的组件被旁路,造成不必要的功率损失;而且并联旁路二极管会导致光伏阵列输出特性的多峰现象,给最大功率点跟踪增加难度,加剧功率损失。如何减小光伏阵列功率损失,是提高光伏阵列效率的关键问题之一。本文以提高实际运行过程中光伏阵列的发电效率为主题,针对光伏阵列的输出特性、重构策略及最大功率点跟踪三个方面展开深入的研究。论文首先分析了复杂光照条件下光伏组件和光伏阵列的输出特性,总结了光伏阵列最大功率点分布规律,并给出了局部最大功率点电流电压表达式,并在Matlab/Simulink仿真工具进行仿真验证。基于辐照平衡原理,论文提出了基于多背包问题求解(Multi-Knapsack Problem Solving,MKPS)的光伏阵列重构策略,将光伏阵列重构问题归于多背包问题,提出了新的目标函数和边界条件,并利用高级人工鱼群算法对多背包问题进行求解,提高了算法速度和精度。通过仿真验证,基于多背包问题求解的光伏阵列重构策略有效地提高了光伏阵列输出功率。辐照平衡原理目的是平衡拓扑节点处的辐照大小,减小部分阴影产生的电流限制,使每个光伏组件都工作在最大工作点。但分析可知,在某些阴影条件下,将阴影遮蔽严重的组件退出运行更有利于光伏阵列输出功率提高。所以论文对基于多背包问题求解的光伏阵列重构策略进行优化,提出改进的MKPS光伏阵列重构策略。改进的MKPS重构策略不仅可以提高光伏阵列输出功率,并且可以大致确定阵列最大功率点电压,大大简化最大功率点跟踪控制。最后本文基于改进的MKPS重构策略,提出一种自适应光伏阵列最大功率点跟踪策略。光伏阵列输出特性在最大功率点附近范围内呈现单峰特性,在复杂阴影条件下,光伏阵列经改进的MKPS重构策略重构后,可以近似确定其最大功率点电压。本文利用恒压法将电压定位在近似的最大功率点电压,然后利用干扰观测法小范围内搜索最大功率点。通过仿真验证,自适应最大功率点跟踪策略结合改进的MKPS重构策略,在复杂光照下能快速准确地跟踪最大功率点,减小光伏阵列功率损失。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM615
【部分图文】：

??＾电Ｓ采样信号??图２．２光伏阵列测量原理图??基于以上光伏电池数学模型和等效电路，在Ｍａｔｌａｂ环境下，利用ｓｉｍｕｌｉｎｋ??模块，对光伏电池进行仿真分析。本文仿真分析采用ＢＰ４１７０光伏组件，额定输??出功率１７０Ｗ，此组件的关键参数（温度２５°Ｃ）如表１所示，一个组件中串联??电池数为７２。对电池的仿真分析取ＢＰ４１７０组件中的一个电池。??表１?ＢＰ４１７０光伏组件厂家参数??电池?ＰｍＡＶ?Ｕｍ／Ｖ?Ｉｍ／Ａ?ＵＱＣ／Ｖ?Ｉｓｃ／Ａ?ＦＦ?（填充因数）／％??参数?２．３６?０．４９４?４．８?０．６１?５．３?７４．１２???图２．３所示为温度Ｔ＝２５°Ｃ且光照条件分别为Ｓ＝ｌｋＷ／ｍ２、０．８ｋＷ／ｍ２、??０．６ｋＷ／ｍ２和０．４ｋＷ／ｍ２时，太阳能电池的Ｉ－Ｖ、Ｐ－Ｖ特性曲线。图２．４所示为光??照条件Ｓｒｅｆ＝ｌｋＷ／ｍ２，温度分别为Ｔ＝１５°Ｃ、２５°Ｃ、３５°Ｃ和４５°Ｃ下的光伏电池Ｉ－Ｖ、??Ｐ－Ｖ特性曲线。??＞１?—二■?￣￣—ｆ?＇｜￣￣???????４．５?－?ｆｔｔｉＶ．ｉｓＪ??？？?２￥??ｓ－ｆｌｅｗｗ?－落，??４?■?％?０?ｔｋＷＪｍｉ??３????．５?２５?．?｜?ＩＳ?．?—．—??１?ｌｉ????＼?ｉ?１?Ｍ?鼷?Ｚ?．??１?Ｓ＝１ｋＷ?此２?＼?ｉ?９ｉ???Ｓ＝Ｃ?？ｗｒｍ２?＇?．?？??０．Ｓ??ｓ＝ｃ?６ｋＷ．ｍ２?｜?ｉ?二－－一’??Ｉ?Ｓ＝０ＷＶ＇ｆｎ２?．?．?，丨．丨１?〇Ｕ－?－?＇?￣???

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?（ｂ）不同温度下Ｐ－Ｖ特性曲线??图２．４不同温度下卜Ｖ和Ｐ－Ｖ特性曲线??由图２．３和图２．４所示的Ｐ－Ｖ曲线可得，环境温度和光照强度是影响光伏电??池输出功率的两个主要因素，电流随光照强度影响比较大，电压受温度影响比较??大。光伏电池Ｐ－Ｖ特性曲线呈单峰特性。??当光伏电池所处环境温度不变时，光伏电池的输出电流可用下式表示：??？／＝々／〇?（２．１）??式中，ｋ＝Ｇ／Ｇ〇为光照系数，Ｇ为光伏电池实际运行时的光照强度，Ｇ〇为标??准光强，１〇为标准光强下的光伏电池输出电流。??２丄２失配现象与热斑舰??在均匀光照下，光伏阵列的工作状态是所有电池共同对负载输出能量，而当??光伏阵列局部被阴影遮挡时，光伏电池光照不同，输出特性产生差异，光伏组件??的总输出电流被光照强度最低的电池所限制，从而导致多个电池串并联后的输出??功率小于各个光伏电池输出功率之和
【参考文献】

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1 孙黎霞;李云峰;郑丹丹;金宇清;曾平良;韩家辉;;局部阴影下光伏阵列非机理建模[J];电网技术;2015年05期

2 陈元娣;;光伏阵列的Matlab/Simulink仿真研究[J];空军预警学院学报;2015年01期

3 吴大中;王晓伟;;一种光伏MPPT模糊控制算法研究[J];太阳能学报;2011年06期

4 王建华;韩伟;;光伏阵列的仿真模型研究[J];信息技术;2011年06期

5 陈阿莲;冯丽娜;杜春水;张承慧;;基于支持向量机的局部阴影条件下光伏阵列建模[J];电工技术学报;2011年03期

6 闫荣超;李畸勇;;局部阴影条件下的光伏阵列建模与特性仿真[J];机械制造与自动化;2011年01期

7 熊远生;俞立;徐建明;;固定电压法结合扰动观察法在光伏发电最大功率点跟踪控制中应用[J];电力自动化设备;2009年06期

8 翟载腾;程晓舫;丁金磊;查珺;;被部分遮挡的串联光伏组件输出特性[J];中国科学技术大学学报;2009年04期

9 刘邦银;段善旭;康勇;;局部阴影条件下光伏模组特性的建模与分析[J];太阳能学报;2008年02期

10 周德佳;赵争鸣;吴理博;袁立强;孙晓瑛;;基于仿真模型的太阳能光伏电池阵列特性的分析[J];清华大学学报(自然科学版);2007年07期

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2 柴亚盼;光伏发电系统发电效率研究[D];北京交通大学;2014年

3 刘素梅;光伏方阵失配现象研究[D];汕头大学;2008年

本文编号：2840258