太阳能光伏系统功率优化算法的研究

摘要

当今世界，常规化石能源日趋枯竭，全球变暖和环境污染问题逐渐威胁着人类的生存，因此世界各国政府都在增加可再生新能源的研发投入，努力探寻替代能源。太阳能发电或者说光伏技术是世界上运用最多也是增长最快的新能源发电技术。然而，当前全球光伏产业却到了降低成本、提高效率的技术革新阶段，从大规模粗放模式向精细高效模式发展。针对光伏电池的特性，功率优化算法有效的提高了光伏电池的效率。随着光伏产业功率优化技术的不断发展，功率优化算法取得了长足进步。本文以光伏电池的功率优化算法为研究对象，进行了相关的理论分析、实验研究和系统实现。
　　首先，根据光伏电池的基本原理构建了等效电路模型并搭建数学模型，通过Matlab/Simulink建模仿真，以及利用电池板进行实际测量，本文深入探究了光伏电池的输出特性，为算法设计和系统优化提供了理论基础。
　　其次，本文分析了光伏电池功率优化的基本原理，对工程应用较为广泛的功率优化算法进行了理论研究，通过Matlab/Simulink建立了相关算法模型，并利用仿真实验对比分析了各个算法的优缺点。本文以扰动观测法为主要研究对象，分析了该方法在不同光照变化的工作状态下的动态性能。扰动观测法的主要问题是其动态性能和静态性能不能同时最优化，另外，在光照变化较快时会出现误判现象。针对扰动观测法的不足之处，本文改进了变步长的扰动观测算法，确定了其作为本文设计所采用的主要功率优化算法。
　　最后，根据功率优化控制器的基本需要，对包括直流逆变电路、主控制器、驱动电路、采样电路在内的主要模块进行了详细介绍，设计并实现了相关硬件模块。利用改进的变步长扰动观测法作为主体功率优化算法，给出了软件总体框架和算法具体实现过程。制作功率优化控制器样机后，利用光伏模拟源进行相关实验测试，实现并验证了基本功能。

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第一章 绪论

1.1背景

1.2国内外光伏产业发展现状

1.3光伏发电系统功率优化技术的发展现状

1.4本课题的研究意义和主要工作

第二章 光伏电池模型分析

2.1光伏电池的结构组成

2.2光生伏特效应原理

2.3光伏电池模型

2.4光伏电池的输出特性

2.5本章小结

第三章 光伏功率优化算法的研究

3.1功率优化控制算法基本原理

3.2功率优化算法的比较

3.3扰动观测法的动态分析

3.4变步长扰动观测法研究

3.5本章小结

第四章 光伏功率优化控制器设计

4.1集中式与分布式功率优化控制器

4.2功率优化控制器总体架构

4.3功率优化控制器硬件电路设计

4.4系统软件设计

4.5本章小结

第五章 仿真与实验

5.1系统Matlab/Simulink建模与算法仿真

5.2基于功率优化控制器样机的仿真实验

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1课题总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

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