光伏发电系统建模及功率控制方法研究

【摘要】随着人类社会的发展与进步,化石能源逐渐匮乏,环境问题日益突出,寻求清洁、可再生能源已成为当下解决能源问题的根本途径。光伏发电以其资源储量大、清洁环保等优点,成为目前最具大规模开发、利用前景的新能源利用方式之一。由于光伏电池输出功率受辐照强度、环境温度以及负载特性等外部因素影响剧烈,因此尽管光伏发电技术已曰趋成熟但仍存在发电效率低、成本偏高等问题。为了提高光伏电池对太阳能的利用效率,光伏电池应能及时适应外部环境变化而始终工作在最大功率点处。因此,深入研究光伏发电系统的动态行为特性与最大功率跟踪方法(MPPT)是一项非常有意义的工作。本文以光伏发电系统为研究对象,在研究了光伏电池工作原理的基础上,建立起光伏电池的数学模型,并详细分析了光伏电池的输出特性；基于对光伏系统具有最大光电转换效率的考虑,对比几种常见DC/DC变换电路,提出由Buck电压转换电路来实现最大功率跟踪；通过对光伏发电系统的动力学行为特性、光伏发电系统中重要参数的详细分析,研究对比了几种最大功率跟踪控制策略的控制效果。首先,本文从光伏发电的物理基础(光生伏特效应)出发,通过分析光伏电池的等效电路,利用MATLAB/SIMULINK仿真平台建立光伏电池的仿真模型；在此基础上研究光伏电池的输出特性；通过对光伏电池等效串联内阻的分析,简化仿真模型,方便最大功率控制策略的分析与研究。其次,通过对独立光伏发电系统特点的分析,比较几种常见的DC/DC变换电路拓扑结构的优缺点,选定由Buck变换器实现MPPT算法；在理论分析的基础上建立起由Buck变换器为基础的光伏电池最大功率跟踪仿真系统,并分析光伏发电系统的动力学行为特性,同时对其中几个重要参数的作用进行研究。最后,寻找光伏电池的最优工作点,最大化光电转换效率,是光伏发电的核心内容。其中,应用最为广泛的最大功率点是艮踪控制方法是扰动观察法和电导增量法。本文从原理上详细描述了扰动观测法、基于功率预测的扰动观测法以及模糊控制等常见MPPT技术,并在MATLAB仿真平台的基础上,对几种常用的MPPT技术进行了仿真研究,提出改进的MPPT算法——模糊PID算法。仿真结果表明,模糊PID控制算法具有明显优势,可以在外界环境突然变化的情况下快速、准确的跟踪光伏阵列的最大功率点,并显著减小光伏阵列在最大功率点附近的振荡,最大程度的降低由此带来的能量损失,提高了光伏系统的发电效率,相对于普通MPPT算法具有优越性。
【作者】陈丽文；
【导师】安爱民；
【作者基本信息】兰州理工大学，控制工程与控制理论，2014，硕士
【关键词】光伏电池；光伏发电系统；动力学行为测试；最大功率跟踪控制；

【参考文献】
[1]刘强.高压开关柜电能质量在线监测装置研制[D].江苏科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[2]宋德香.济南市农村小学教师工作满意度的调查研究[D].山东师范大学,教育管理,2003,硕士.
[3]杨唐.共晶与过共晶铝锰基复合材料在0.375m/s滑动速度下的摩擦学特性[D].新疆大学,材料加工工程,2013,硕士.
[4]汤新民,钟诗胜.基于离散时间最优控制的航空发动机装配序列规划[J].控制与决策,2008,11:1221-1225+1230.
[5]潘美.Tei指数综合评估正常胎儿心室功能的定量研究[D].浙江大学,影像医学与核医学,2004,硕士.
[6]盖雅婷.大麻素受体2在油酰乙醇胺抗动脉粥样硬化中的作用[D].厦门大学,药理学,2014,硕士.
[7]郝亚丰.铜川市照金公司运营模式研究[D].西北大学,高级工商管理（EMBA）（专业学位）,2014,硕士.
[8]庄玉良,王萍.数据仓库——企业信息化建设的方向[J].科技导报,2002,07:18-21.
[9]于晓明.多元智能理论在中学历史教学中的应用性研究[D].鲁东大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[10]张世经.大厚度自重湿陷性黄土地区挤密法处理地基试验研究[D].兰州理工大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[11]许媛媛.蛋白质修饰检测及定量新方法研究[D].南京大学,2012.
[12]王柯.酒精—沼气双发酵耦联生态系统的机理和关键技术研究[D].江南大学,发酵工程,2014,博士.
[13]张文龙.二级质谱同时定性定量及~(18)O定量修正公式的设计和验证[D].湖南师范大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[14]马俊.猪伪狂犬病毒单克隆抗体的研制及双抗体夹心ELISA检测病毒方法的建立[D].扬州大学,预防兽医学,2011,硕士.
[15]杨颖.云南松松塔中几种化学成分电子光谱理论研究[D].大理学院,药物化学,2013,硕士.
[16]胡华征.生态移民的自愿与非自愿性研究——内蒙古阿拉善盟孪井滩调查[D].中央民族大学,社会学,2004,硕士.
[17]朱慧玲.针药结合治疗肝郁肾虚型围绝经期抑郁症的临床观察[D].黑龙江中医药大学,中医妇科学（专业学位）,2013,硕士.
[18]梁桂美,曹锡娜,贾福宗.多道统计期望子波反褶积模块的应用[J].石油地球物理勘探,2003,S1:15-22+138.
[19]赵康.杜威教育思想跨时空传播与吸收的历史比较研究述评(1996~2012)[J].比较教育研究,2015,02:68-73.
[20]夏文学.中外二语教学实验研究比较分析[D].华中师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[21]张燕.吸烟危害认知对戒烟成功影响的中介效应和调节效应分析[D].山东大学,公共卫生（专业学位）,2013,硕士.
[22]余作岳,周国逸,彭少麟.小良试验站三种地表径流效应的对比研究[J].植物生态学报,1996,04:355-362.
[23]吕素青.黄土高原中东部典型地区空气花粉组合及其与气候因子的关系[D].河北师范大学,自然地理学,2013,硕士.
[24]范丽华.高考作文命题对比研究[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[25]严建文.洞察学科发展方向,不断引领技术创新[J].石油地球物理勘探,2005,04:375-376.
[26]曾杰南.基于文件访问模式的重复数据删除方法研究[D].华中科技大学,计算机系统结构,2013,硕士.
[27]王集.台湾技职生实习法律法规研究[D].沈阳师范大学,职业技术教育学,2014,硕士.
[28]单小涵.通路对策解的算法研究[D].中国海洋大学,运筹学与控制论,2014,硕士.
[29]刘玉松.YDC-SYDC-F多托辊电子皮带秤[J].冶金自动化,1986,04:37-39+63.
[30]杨力.文华学院校级精品课程发布与管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[31]蔡虹,梁昊.金融焦虑症[J].互联网周刊,2002,33:25-30.
[32]姚勇,王保义,李继荣.基于Roughsets和Fuzzysets理论的约简算法[J].微机发展,2003,07:97-100.
[33]梁恒.基于GARCH族模型的我国沪深股市波动非对称性研究[D].安徽大学,金融学,2014,硕士.
[34]黄涛.光时分复用系统中的色散补偿的研究[D].山西大学,光学,2004,硕士.
[35]李晓阳,王西旺,张琳琳,王晓光.螺栓被连接件刚度的解析计算[J].北京工业大学学报,2015,04:514-518.
[36]石魁.气缸套疲劳寿命模拟试验研究[D].河南科技大学,动力机械及工程,2014,硕士.
[37]胡蕾蕾.电动汽车主动安全避撞控制系统研究[D].吉林大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[38]胡义鸣.社会舆论对法院审判影响问题研究[D].中南民族大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[39]汤双平.中国古典意象在现代视觉艺术中的演绎[D].扬州大学,教育技术学,2011,硕士.
[40]赵忻.盐城市住房保障制度的实施现状及对策研究[D].苏州大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[41]南晓琴.儿童单纯性肥胖症对循环系统损害的研究[D].山西医科大学,儿科医学,2003,硕士.
[42]戴懿纯.动态矩阵预测控制软件[D].广西大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[43]付婧娇.纪伯伦《被折断的翅膀》的空间解读[D].北京外国语大学,阿拉伯语语言文学,2013,硕士.
[44]魏正珠.错误分析：综述与应用[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[45]赵雨石.电视栏目片头音乐的视听融合探析[D].东北师范大学,广播电视艺术学,2012,硕士.
[46]邓呈禄.行政不作为国家赔偿研究[D].湘潭大学,宪法学与行政法学,2011,硕士.
[47]朱敏路.江苏省、昆明市贯彻中央“七号文件”相关配套政策法规及实施现状研究[D].首都体育学院,体育人文社会学,2013,硕士.
[48]吴方向,史忠科,戴冠中.区间系统的H_∞鲁棒控制[J].自动化学报,1999,05:705-708.
[49]周兵.组合密封技术在催化气压机组轴封系统的应用及探讨[D].大连理工大学,机械工程,2003,硕士.
[50]韩海锋.政府投资项目绩效评价研究[D].首都经济贸易大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.