考虑局部阴影条件下光伏系统MPPT控制研究

摘要

随着分布式光伏发电广泛的应用，光伏发电系统所处的环境变得越来越复杂，特别是在建筑密集的地区安装的中小型光伏系统，局部阴影遮挡问题难以避免。云层遮挡、光伏电池表面灰尘、树木或建筑物遮挡使光照不均匀，造成光伏电池输出特性发生变化，电压功率输出曲线上出现多个极值点，导致传统的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)算法有可能出现误判。因此，需要研究一种有效的控制方法来解决局部阴影条件下光伏发电系统的最大功率点跟踪。
　　论文分析了光伏电池的工作原理、物理特性以及热斑效应问题，利用Matlab/Simulink建立了考虑局部阴影的光伏阵列仿真模型。然后对电压功率多峰曲线的产生原理与分布规律进行仿真验证与分析，总结规律并提出光伏阵列优化设计，为研究考虑局部阴影的MPPT方法奠定理论基础。
　　最大功率点跟踪控制是光伏发电系统的一个关键技术。通过分析粒子群优化算法应用于MPPT控制的优缺点，本文采用量子粒子群优化算法实现光伏发电系统的MPPT控制。量子粒子群算法具有收敛精度高、不易陷入局部最优等优点，而且程序实现比粒子群算法更简单。本文详细介绍量子粒子群算法原理、基本特性、算法流程，结合光伏发电系统的最大功率跟踪原理，提出量子粒子群算法应用于光伏发电系统MPPT控制的理论流程。
　　为了验证基于量子粒子群算法在MPPT控制中的可行性与稳定性，应用Matlab/Simulink搭建光伏发电系统的总结构仿真模型。通过对传统MPPT方法、基于粒子群算法及量子粒子群算法控制的仿真对比分析，验证了基于量子粒子群算法在MPPT控制应用中的具有良好的跟踪性能，有效改善了局部阴影条件下光伏阵列输出效率低的问题。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 光伏阵列拓扑结构的研究现状

1．2．2 光伏发电系统MPPT的研究现状

1．3 本课题研究的主要内容

第二章 光伏发电系统概述

2．1 光伏发电系统结构

2．2 光伏电池及其数学模型

2．2．1 光伏电池发电原理

2．2．2 光伏电池模型与特性

2．3 光伏阵列工程用模型

2．4 局部阴影对光伏阵列的影响

2．4．1 热斑效应分析

2．4．2 热斑效应解决方法

2．4．3 光伏阵列多峰模型

2．5 本章小结

第三章 局部阴影下光伏阵列输出特性分析

3．1 局部阴影下的光伏阵列仿真模型

3．1．1 光伏阵列建模方法分析

3．1．2 光伏阵列模型建立

3．2 均匀光照下的光伏阵列输出特性分析

3．3 局部阴影下的光伏阵列输出特性分析

3．3．1 带旁路和阻塞二极管的输出特性分析

3．3．2 各种阴影分布的输出特性分析

3．4 光伏阵列优化设计

3．5 本章小结

第四章 局部阴影下光伏系统MPPT方法研究

4．1 光伏发电系统最大功率点跟踪的原理

4．2 最大功率点跟踪方法

4．2．1 传统的最大功率点跟踪方法

4．2．2 阴影下的最大功率点跟踪方法

4．3 粒子群算法

4．3．1 算法原理

4．3．2 算法流程

4．3．3 算法在MPPT中的应用分析

4．4 量子粒子群算法

4．4．1 算法原理

4．4．2 算法流程

4．4．3 与PSO算法的比较分析

4．4．4 算法在MPPT中的应用

4．5 本章小结

第五章 基于量子粒子群算法的MPPT系统仿真

5．1 光伏发电系统结构建模

5．1．1 光伏阵列建模

5．1．2 DC-DC变换电路建模

5．1．3 PWM脉冲信号建模

5．2 基于量子粒子群算法的MPPT建模与仿真

5．2．1 模块建立

5．2．2 寻优仿真

5．2．3 与PSO算法比较分析

5．3 局部阴影条件下光伏发电系统仿真与分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

声明

致谢