光伏发电中极值搜索控制问题及方法应用

发布时间：2020-10-12 06:26

　　随着化石能源危机和环境污染问题的加剧,太阳能作为一种清洁、可持续的新能源,备受人们的关注,尤其是光伏发电产业近年来发展迅速。在光伏发电技术趋于成熟的情况下,仍存在发电效率亟待提升的问题。特别是阴影遮挡等复杂情况下的光伏最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)问题,仍是当下的热点和难点。本文从光伏电站实现MPPT控制的基础模块出发,逐步深入理论研究在实际工程中的应用问题,选取全局极值搜索性能良好的粒子群算法重新完成在光伏MPPT控制中的应用,并针对其应用中的缺点进行改进。本文具体研究内容如下:(1)首先给出不同类型的光伏发电系统和实现光伏MPPT控制的光伏组件阵列、DC/DC控制器等基本模块,并结合已有研究给出了具体实现的数学模型。然后在第三章中则着重于重申光伏MPPT控制,指出光伏MPPT的实现是一个控制过程,极值搜索算法在光伏MPPT控制中一般被设计为一个功率反馈环节,相关理论研究不能与普通的优化问题等同。最后在建模和控制设计的基础上,给出了具有局部阴影遮挡效果的数值仿真实验平台。(2)选取标准PSO算法进行光伏MPPT控制的研究。光伏发电系统运行过程中,并不具备并行的特性,故PSO算法产生的粒子群体中的每个粒子,必须依次输入光伏电站系统,并在系统稳定之后才能反馈相对准确的输出功率。针对上述问题,应将每代群体的粒子在时间上离散到不同的控制周期中完成光伏MPPT控制过程及功率反馈,当本代粒子全部完成输出,进行新一代粒子群体的规划,不断循环直至达到一定条件退出。设计不同参数的对比数值仿真实验,研究相关参数对其实现的光伏MPPT控制的影响。(3)改进PSO算法实现光伏MPPT控制。在标准PSO算法实现的光伏MPPT控制的数值仿真实验结果引出应用中的两大问题:算法输出的相邻粒子间存在大范围跳动,实际应用时会给光伏发电系统带来极大不稳定性;每个粒子输入光伏发电系统后,其调节时间难以确定,且功率反馈错误会造成严重后果,致使难以加速搜索过程。针对算法特性和上述问题,改进中提出分段Logistic混沌映射初始化群体、群体粒子排序后再输出到光伏发电系统和改进全局最优及个体最优粒子位置更新策略,应用到光伏MPPT控制中,解决了算法相邻输出大范围跳动和反馈功率不准确造成算法不收敛的问题,显著提升了光伏MPPT的性能。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM615
【部分图文】：

一次能源消费,占比,化石能源

带来的是化石能源的枯竭，进而是引发的能源危机。根据有关统计，全球化石能源石油、天然气的储采比也分别达到 50.7 年和 52.8 年，相对有更多存储量的煤炭，其仅有 114 年[4]。而在中国，占消费主导地位的煤炭，其储采比仅为 31 年。化石能源时，带来的环境污染问题更为可怕，诸如酸雨形成、温室效应、雾霾等[5]，给人类成很大伤害，甚至整个地球生态都深受其影响。根据 2017 年《BP 世界能源统计年鉴》揭露[6]：2016 年全球一次能源消费增长 1.0％稳定的增长速度[7]。其中 2014 年增长 1%，2015 年增长 0.9%，而过去十年平均增长 1.8%。全球煤炭消费量连续第二年下滑，下滑 1.7%，在一次能源产量中的占比滑%，是 2004 年以来的最低占比[8]。可再生能源增长最为迅速，增幅达到 12%，但在总量中仅占 4%的份额[9]。近年来，在中国随着工业化、城镇化进程不断加快，化石能源的巨大需求使得国内度开采现象，严重消耗了国内所储存的化石能源，化石能源消耗的同时也带来了严污染[10]。特别是在 2014 年后，我国的污染问题日益严重，相关部门甚至多次发布红严重影响了人们的正常生产、生活。因此使用可持续、清洁无污染的新型能源来逐石能源是历史发展的必然趋势[11, 12]。

拓扑关系

杭州电子科技大学硕士学位论文输出的母线电压来搜寻最大功率输出点。）变换光伏组件阵列的串并联拓扑关系方面的研究，主要是考虑到部分阴影遮挡个光伏组件阵列的均衡输出，进而达到增大输出功率的目的。如图 1.4 a 所示光拓扑关系中，如果拓扑关系不变的情况下，那么光伏组件阵列的最终功率输出20 4 10400w/m，如果通过某种手段达到右方的均衡状态，其输出功率2 4 12000w/m。

锯齿波,图形,切换系统,幅值