独立光伏发电MPPT算法及混合储能仿真研究

摘要

随着世界各国的不断发展，能源短缺问题日益严重，尤其是化石燃料带来的巨大污染，寻求可代替的清洁能源成为重中之重。在可再生能源中，光伏发电以制作原料可轻易获得和太阳能丰富的特点受到世界各国的重视。独立光伏发电系统作为太阳能利用的一部分，在人们的日常生活中已经越来越普及。 在独立光伏发电系统中，光伏阵列由于受到外部阴影遮挡和自身元器件老化影响，会产生不匹配损失，且其功率-电压（P-V）输出曲线会呈现多峰现象。并且由于外部环境的不稳定，独立光伏发电系统输出处于不稳定状态，不适合直流负载直接利用。为了解决以上问题，本文从以下几个方面进行了研究。 本文首先介绍了光伏发电研究背景和研究意义，并介绍了光伏发电系统的应用形式以及独立光伏发电的国内外研究现状。 其次，详细介绍了光伏电池的等效电路模型，给出了显性的光伏电池I-V关系式，推导了模型参数的具体求解公式。对复杂环境下的的光伏阵列进行了建模，针对建模后的非线性方程组无法收敛的情形，优化了求解方程的Newton–Raphson 方法，并在matlab下编写程序进行了验证。最后对相同环境下的光伏阵列不同连接方式进行仿真，证明了改变光伏阵列连接方式能够减少其不匹配损失。然后介绍了应用于光伏发电MPPT的电路结构，分析了Boost电路和Buck电路的工作原理。 再次介绍了传统 MPPT 算法中的扰动观察法、电导增量法和模糊控制算法的工作原理，对三种MPPT算法进行了仿真和分析。 然后介绍了应用于光伏阵列多峰 MPPT的粒子群算法，针对粒子群算法在实际应用中的电压过冲现象提出了改进的排序粒子群算法。最后通过仿真和硬件实验验证了改进粒子群算法的有效性。 最后研究了独立光伏发电混合储能系统控制策略。首先介绍了应用于独立光伏发电系统的蓄电池和超级电容。分析了本论文采用的蓄电池和超级电容并联结构的优势。然后分别介绍了运用储能装置和 Boost 电路对直流负载进行稳压的控制策略，并对后者进行了仿真。对负载突变和光伏阵列外界环境发生变化等四种情况下，通过调节 PI参数同时实现了运用储能装置对直流负载稳压和光伏阵列 MPPT。最后提出了独立光伏发电混合储能系统的能量管理策略。

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