局部阴影下光伏阵列输出特性及最大功率追踪的研究

摘要

传统化石能源的大量使用，造成了环境污染以及资源枯竭等问题，使得光伏发电等新技术在能源结构中占有了日益重要的地位。作为光伏发电系统的重要技术环节，光伏阵列的最大功率追踪技术一直都是研究的热点。但是，当光伏阵列处于局部阴影条件下时，其输出特性曲线会出现多个功率极值点的情况，传统的最大功率追踪技术易陷于局部最优值点，造成发电能量的浪费。因此，局部阴影下光伏阵列输出特性及最大功率追踪的研究，具有重要意义。
　　本文首先阐述了光伏发电的研究背景和意义，详细介绍了传统最大功率追踪技术的原理和优缺点，并分析了国内外关于MPPT技术的研究现状。
　　其次，分析了光伏电池的物理特性、工作原理和数学模型，以及最大功率追踪所涉及到的功率变流器的工作原理。在MATLAB/Simulink中建立了单位光伏电池组件的仿真模型，基于因不同光照强度所造成的电池工作温度差异，提出了仿真模型的局部改进策略，并验证其合理性。
　　然后，针对实际工作环境中，由积状云层所造成的阴影遮蔽现象，进行了各种规模的光伏阵列在复杂阴影条件下的仿真。根据局部阴影条件下光伏阵列的输出特性，对功率极值点的最大数目以及分布规律进行了详细研究，并针对光伏阵列功率极值点出现和消失的原因进行了分析。
　　最后，研究了常规粒子群算法的基本特性、原理以及设计流程，针对其收敛速度慢以及部分粒子易陷于局部最优解的问题，将混沌算法与粒子群算法相结合，提出了一种改进混沌粒子群算法，并将其应用于局部阴影条件下最大功率追踪的研究中，设计了基于改进混沌粒子群算法的最大功率追踪策略。通过MATLAB编程的方式，针对光伏阵列在各种阴影条件下的输出特性曲线进行仿真研究。结果表明，与常规粒子群算法相比，该方法能够使粒子跳出局部极值点，准确、迅速地找到全局最大值点，并且能够控制光伏阵列的输出电压稳定在最大功率点电压，证明了算法的优越性和有效性，提高了光伏系统的发电效率。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1. 2. 1光伏阵列建模及其输出特性的研究现状

1. 2. 2最大功率追踪技术的研究现状

1.3本文主要工作

第2章 光伏发电系统概述

2.1光伏发电系统简介

2.2太阳能光伏电池

2. 2. 1光伏电池的发电原理

2. 2. 2光伏电池的数学模型

2.3光伏发电系统中的功率变流器

2. 3. 1直流变换器模型

2. 3. 2 逆变器

2.4本章小结

第3章 局部阴影下光伏阵列输出特性研究

3.1光伏电池模型的改进

3.2光伏阵列输出特性的研究

3. 2. 1 光伏阵列阴影的形成

3. 2. 2关于功率极值点分布情况的研究

3.3本章小结

第4章 基于改进混沌粒子群算法的最大功率追踪方法

4.1粒子群优化算法

4. 1. 1 基本粒子群算法

4. 1. 2改进混沌粒子群算法

4.2 ICPSO算法在MPPT中的应用

4. 2. 1 算法流程

4. 2. 2仿真结果及性能分析

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢