局部阴影下光伏阵列最大功率点跟踪与控制

摘要

近些年，我国的环境污染不断加剧，雾霾天气也逐渐严重，这不仅引起了政府的重视，也提高了人们的环保意识。而太阳能发电凭借其无污染，取之不尽等特点，得到了大力推广。
　　在光伏阵列的正常工作中，经常会发生局部遮挡的情况，为了避免出现“热斑效应”，常用做法是在被遮挡光伏电池两端反向并联一旁路二极管，但这会导致光伏阵列的输出特性曲线出现多峰值情况。现有MPPT算法多是基于正常光照情况，即设定输出特性曲线为单峰值，因此遇到局部阴影的情况时可能会出现系统收敛于局部极值点而错失全局极值点的情况，导致光伏阵列不能工作在最优工作点。
　　针对这一问题，在借鉴国内外现有MPPT算法后，基于光伏阵列在局部遮挡下的输出特性，提出了一种适用于阴影情况下的MPPT算法，并进行了仿真和实验验证，具体内容如下：
　　首先，对光伏电池的发电原理进行介绍，完成单块电池的模型搭建；根据旁路二极管的导通情况建立由多块电池组成的光伏阵列模型，并分析其在不同遮挡情况下的输出特性。
　　其次，对现有MPPT算法进行介绍，考虑到粒子群（PSO）算法在多峰值优化及全局寻优方面的良好表现，通过对PSO算法进行改进并引入到光伏阵列的最大功率点跟踪中，提出一种基于改进PSO的MPPT算法。
　　最后，利用仿真软件PSIM搭建光伏阵列模型对本文所提方法进行仿真验证，结果表明该方法可以快速而准确的追踪到全局最大功率点，避免传统MPPT算法可能收敛于局部极值点的问题；利用LabVIEW完成了上位机的设计，并进行了上位机与下位机之间的通信；搭建以STM32F103ZET6为控制芯片的光伏系统实验平台，通过人为制造阴影环境，采用本文所提方法进行实验验证，并采用自适应扰动观察法作为对比，实验结果表明采用本文方法可以快速实现全局最大功率点跟踪，具有较好的实用性和有效性。

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1 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 光伏电池的发电原理与输出特性建模

2.1 光伏电池的发电原理

2.2 光伏阵列的输出特性分析

2.3 本章小结

3 光伏阵列的最大功率点跟踪方法研究

3.1 现有MPPT算法的介绍与比较

3.2 基本粒子群算法

3.3 基于改进粒子群算法的MPPT算法

3.4 本章小结

4 模型仿真与结果分析

4.1 光伏阵列发电系统的仿真模型

4.2 最大功率点跟踪算法的仿真研究

4.3 本章小结

5 光伏系统实验平台的搭建与实验验证

5.1 光伏系统实验平台的整体设计

5.2 控制电路组件设计

5.3 上位机设计

5.4 实验验证与数据分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录A 光伏控制器原理图

附录B 光伏控制器PCB图

附录C 基于改进PSO的MPPT计算程序（部分）

作者简历