太阳能光伏发电全局最大功率点跟踪方法及应用

摘要

太阳能光伏发电是新能源开发利用的重要组成部分，对于解决化石能源危机和环境污染问题起到重要作用。本文主要研究光伏发电系统中阴影遮挡下的最大太阳能功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)问题，从光伏电池模型、MPPT控制算法以及MPPT控制系统这三个方面入手，展开一系列研究工作。
　　本研究主要内容包括：⑴针对太阳能光伏电池功率-电压特性具有非线性强、不确定因素多等特点，为此，本文基于光伏理论建立光伏电池的数学模型，并进行数值仿真实验，模拟环境变化情况下的光伏发电。然后，基于实验结果得到复杂环境因素下光伏发电系统的功率-电压特性曲线的变化规律。在不同的阴影遮挡条件下，研究得到光伏发电系统的输出功率-输入电压特性曲线呈现出不同的非凸函数特征，为进一步研究面向复杂特性曲线的最大功率点跟踪方法提供了实验依据。同时建立MPPT控制系统的仿真模型，为进一步进行MPPT控制算法实验研究提供实验平台。⑵基于不确定环境因素的太阳能阵列非凸函数输出特性，提出一类改进模拟退火算法和基于梯度扰动观测法的混合MPPT控制方法。首先，提出了一种改进模拟退火算法，解决一类非凸函数搜索极值的问题，并通过仿真实验验证全局搜索特性。然后，设计出一种混合MPPT控制方法，实现太阳能全局最大功率点的跟踪控制，并用MPPT控制仿真系统验证了算法的可行性和有效性。⑶设计了一套基于混合算法的太阳能光伏发电MPPT控制系统，采用Boost型变换器作为主控制硬件，基于嵌入式系统开发一套控制软件，从而采用实际控制系统的输出PWM波形来完成太阳能电路系统的MPPT控制率在线调节过程。实验表明，新方法能够有效地提高光伏发电效率。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 本文选题背景及研究意义

1.2 光伏发电系统简介

1.3 国内外研究现状综述

1.4 主要工作及内容安排

第2章 光伏电池阴影效应及MPPT算法研究

2.1 光伏电池研究与数值仿真

2.2 MPPT控制算法研究

2.3 本章小结

第3章 混合MPPT控制方法研究

3.1 问题描述

3.2 改进模拟退火法

3.3 基于改进模拟退火法的ICMCS算法

3.4 本章小结

第4章 最大太阳能功率点跟踪系统实验平台设计

4.1 硬件电路设计

4.2 系统软件设计

4.3 测试实验

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录