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局部遮阴下基于改进PSO的多峰值MPPT研究

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太阳能学报 2021年第8期42卷 140-145页

作者：姜萍栾艳军张伟田静代金超河北大学电子信息工程学院保定071002

局部遮阴下,光伏阵列的P-U特性曲线呈现多峰现象,此时传统的MPPT算法容易陷入局部寻优而失效。针对这一问题,采用一种基于改进粒子群寻优的MPPT算法。通过对局部遮阴下光伏阵列输出特性曲线进行分析,计算出可能存在的峰值点电压,作为粒... 详细信息

局部遮阴下,光伏阵列的P-U特性曲线呈现多峰现象,此时传统的MPPT算法容易陷入局部寻优而失效。针对这一问题,采用一种基于改进粒子群寻优的MPPT算法。通过对局部遮阴下光伏阵列输出特性曲线进行分析,计算出可能存在的峰值点电压,作为粒子位置的初始值,同时引入状态因子δ对惯性权重、学习因子进行线性调整,以避免粒子陷入局部最优,减小追踪过程的震荡。最后将标准粒子群算法与改进粒子群算法进行Matlab仿真对比,验证了改进粒子群算法的优越性。

关键词：粒子群算法(PSO) MPPT 太阳电池局部遮阴

局部遮阴条件下光伏发电系统最大功率点跟踪算法的研究

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局部遮阴条件下光伏发电系统最大功率点跟踪算法的研究

作者：刘宇西安科技大学

学位级别：硕士

地球环境日益恶化,可供人类使用的资源也日渐减少,各个国家从可持续发展的角度出发,将目光集中在清洁无污染的太阳能发电。光伏电池作为将光能变为电能的核心部分,其输出曲线是一条有且仅有一个最值点的单峰值曲线,而光伏电池输出的时... 详细信息

地球环境日益恶化,可供人类使用的资源也日渐减少,各个国家从可持续发展的角度出发,将目光集中在清洁无污染的太阳能发电。光伏电池作为将光能变为电能的核心部分,其输出曲线是一条有且仅有一个最值点的单峰值曲线,而光伏电池输出的时变性影响着系统能否高效运行,因此在系统中引入最大功率点追踪技术(Maximum Power Point Tracking,MPPT),为清洁能源发电代替传统发电方式提供更好的基础。本文的主要研究内容如下:首先通过学习光伏发电的物理基础原理和不同参数的工程模型,研究其输出特性与光照幅度、温度的相关性;其次分析几种传统MPPT方法的原理及其最佳使用环境,在此基础上提出较完善的智慧配对算法,将可行性作为量化指标,以可行性的大小对传统算法进行智慧分配,以达到在任一时刻、任一环境下,系统都可以为光伏发电选择出最佳的MPPT控制方法。但是当光伏电池出现局部遮阴现象时,其输出曲线变为多峰值曲线,传统MPPT算法容易失效,一般使用智能算法追踪。本文提出在扰动观察法中加入电流变化量作为判别条件,减少扰动观察法在环境快速变化情况下的误判,并且利用改进后的扰动观察法来判别目前光伏阵列所处的环境是否发生局部遮阴,若此时光照均匀变化,则继续使用扰动观察法追踪,若发生局部遮阴,则启动添加电压限制窗口的粒子群算法进行全局搜索,针对不同情况使用不同的算法追踪。根据光伏发电系统的数学模型,在MATLAB-Simulink中搭建光伏电池单体以及光伏发电系统的仿真模型。对以上提到的不同种类的MPPT方法进行仿真模拟井验证其收敛性。比较仿真波形,可以验证本文提出的改进算法提升追踪速度和系统稳定性。

关键词：光伏阵列局部遮阴最大功率点追踪智慧配对

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局部遮阴下光伏阵列最大功率点跟踪算法研究

局部遮阴下光伏阵列最大功率点跟踪算法研究

作者：赵其浩山东理工大学

学位级别：硕士

随着现代经济的快速发展,传统能源的储备日渐减少,新型绿色能源的开发和利用已经成为当今社会能源研究的主题,光伏发电更是其中的佼佼者,但光伏发电的成本较高,利用率较低。为提高光伏发电利用率、降低发电成本,对光伏发电最大功率点跟... 详细信息

随着现代经济的快速发展,传统能源的储备日渐减少,新型绿色能源的开发和利用已经成为当今社会能源研究的主题,光伏发电更是其中的佼佼者,但光伏发电的成本较高,利用率较低。为提高光伏发电利用率、降低发电成本,对光伏发电最大功率点跟踪的研究显得尤为重要。本文的主要研究内容如下:(1)光伏电池及光伏阵列模型的建立。通过分析光伏电池运行原理结合数学推导,得到了光伏电池的数学模型;将光伏电池的数学模型与实际相结合,推导得出了光伏电池的工程应用模型以及光伏阵列的数学模型。在Matlab/Simulink中进行了单个光伏电池的仿真测试,验证了模型的可行性。(2)局部遮阴情况下光伏阵列建模及输出特性分析。针对光伏阵列处在局部遮阴环境下,对光伏阵列进行数学推导,建立了仿真模型。分析了光伏阵列处在局部遮阴情况下的输出特性,对热斑效应出现原因进行了分析,并给出了相对应的解决方案。(3)扰动观察法与电导增量法两种最大功率点跟踪算法的分析与研究。对传统最大功率点跟踪算法中的扰动观察法和电导增量法进行了分析研究,在Matlab中构建仿真模型,进行仿真测试。通过分析仿真结果,得知两种算法在均匀光照下能够跟踪到最大功率点,但是精度不高,并且在局部遮阴情况下无法准确跟踪到最大功率点。(4)莱维飞行优化果蝇算法(Levy Flight Optimization Fruit Fly Optimization Algorithm,简称LF-FOA)的研究。针对扰动观察法与电导增量法两种算法在局部遮阴情况下进行最大功率点跟踪时存在的问题,在果蝇算法的基础上,使用莱维飞行对果蝇算法进行优化,并将其首次运用到光伏发电最大功率点跟踪中去,通过函数测试验证了LF-FOA算法的性能,且明显优于原始果蝇算法,最后通过仿真测试验证了LF-FOA算法在局部遮阴情况下进行最大功率点跟踪的可行性和有效性。(5)基于核模糊聚类的自适应莱维飞行优化果蝇算法的研究。本文在LF-FOA算法的基础上又做了进一步的研究,首先引入了核模糊聚类对果蝇个体进行多种群划分,使改进后的果蝇算法具有多种群寻优的优点,不容易陷入局部寻优。同时对莱维飞行添加了一个自适应参数,使得果蝇算法在迭代初期能够以大步长进行寻优,提升寻优速度;在算法的迭代后期能够以小步长进行寻优,提升收敛的精度。最后,通过仿真验证了算法的有效性。

关键词：核模糊聚类最大功率点跟踪莱维飞行果蝇算法局部遮阴

局部遮阴下光伏MPPT算法研究与控制器设计

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局部遮阴下光伏MPPT算法研究与控制器设计

作者：王延庆西安科技大学

学位级别：硕士

随着能源需求的不断增长和环境问题的日益恶化,人们对可再生能源利用产生了极大兴趣。在光伏发电过程中,光伏组件光照不均或局部遮阴在光伏发电系统中是不可避免的问题。阴影造成阵列失配以及热斑现象不仅严重影响发电效率,而且还会带... 详细信息

随着能源需求的不断增长和环境问题的日益恶化,人们对可再生能源利用产生了极大兴趣。在光伏发电过程中,光伏组件光照不均或局部遮阴在光伏发电系统中是不可避免的问题。阴影造成阵列失配以及热斑现象不仅严重影响发电效率,而且还会带来安全和可靠性问题。光伏阵列受此影响,其输出P-V特性曲线不再呈现单一峰值,而会产生多峰现象,使得传统的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）控制算法已失效。因此,研究在局部遮阴情况下的MPPT技术具有实际的重要意义。为研究光伏发电最大功率点跟踪技术,首先,本文对光伏电池工作原理进行了介绍,研究其不同数学模型,通过仿真分析电池的输出特性,并详细阐述了在局部遮阴下光伏阵列多峰现象产生的机理以及仿真分析了遮阴下的输出特性曲线。然后对常规的MPPT技术进行理论研究,并通过仿真对比了各个算法的优缺点以及适用场合;在局部遮阴条件下,本文引入粒子群优化算法,并对其重要参数进行改进,针对不同的粒子选型,本文采用基于电压和基于占空比两种粒子类型,通过MATLAB/Simulink仿真平台验证算法的可行性和良好的寻优性能,并与传统的扰动法进行对比,验证了在多峰情况下常规算法可能失效的问题。最后,以DSP28335为核心设计了 MPPT控制器,其硬件电路包括DC/DC电路、采样电路、电源电路和驱动电路等。系统软件部分包括主程序、AD采样中断程序和PWM输出程序等。通过搭建光伏系统控制实验平台,来验证基于占空比的改进粒子群算法在均匀光照和局部遮阴环境下的性能,并与扰动法进行对比,表明本文算法可有效解决多峰最大功率跟踪问题且稳态振荡优于传统算法,在实际应用中对提高光伏发电效率具有突出作用。

关键词：光伏阵列局部遮阴最大功率点跟踪粒子群算法光伏控制器

局部遮阴情况下光伏阵列最大功率追踪算法的研究

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局部遮阴情况下光伏阵列最大功率追踪算法的研究

作者：黄世辉湖南大学

学位级别：硕士

能源的利用在人类社会前进步伐上不可缺乏。随着科技的发展,不可再生能源不断的消耗,传统能源已经不能满足人类的需求,新能源的研究成为热点。作为绿色、新型、可再生能源的代表,太阳能的前途无疑是光明的,未来可能成为不可再生能源的... 详细信息

能源的利用在人类社会前进步伐上不可缺乏。随着科技的发展,不可再生能源不断的消耗,传统能源已经不能满足人类的需求,新能源的研究成为热点。作为绿色、新型、可再生能源的代表,太阳能的前途无疑是光明的,未来可能成为不可再生能源的替代品。目前对太阳能最主要的利用方式是光伏发电,光伏发电中关键技术之一是最大功率追踪算法。近年来广大学者对其进行研究与探索,其中对理想情况下光伏阵列的最大功率追踪的研究尤为广泛。然而,实际生产生活中,由于各种因素比如树叶,乌云,建筑物等的遮挡,光伏阵列容易受到不均匀的光照,光伏阵列的输出不再呈现单峰特性,而是具有多个极值的曲线。在此情况下,传统的最大功率跟踪技术容易搜寻到局部最大功率点,影响了光伏发电的效率。因此,对遮阴情况下光伏阵列的最大功率跟踪技术的研究具有重要意义。针对传统最大功率控制算法在光伏阵列遮阴情况下易追踪到局部最大功率点的缺陷,本文针对不同光伏发电规模提出了不同的算法:我国西部光伏发电站大多是采取集中式大型光伏发电的形式,因此采用基于环境参数的改良粒子群算法。粒子群算法作为一种新兴智能算法,适用于多峰特性曲线的最大值查找。我国中东部建筑物密集,一般使用的是分布式光伏发电形式,对每块光伏电池进行最大功率跟踪,随后串并联在一起。本文提出了一种基于功率变化的三点变步长扰动观察法。将上述两种方法在MATLAB/Simulink进行仿真分析,结果表明提出的两种算法都能比较迅速的追踪到最大功率点,动态性和稳定性都非常优良。随后本文还设计了具体的电路以及对应的软件对基于功率变化的三点变步长扰动观察法进行验证,实验结果证明其可行性。

关键词：光伏阵列局部遮阴最大功率点追踪粒子群算法变步长扰动观察法

局部遮阴下的光伏发电系统多峰MPPT控制研究

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局部遮阴下的光伏发电系统多峰MPPT控制研究

作者：胡然上海电机学院

学位级别：硕士

光伏发电是目前运用广泛的可再生清洁能源,其中光伏发电系统的一个重要技术是最大功率点跟踪(MPPT)。可是在实际应用中,光伏阵列的很容易出现被局部遮挡现象。此时,光伏电池功率输出曲线上会呈现多个极值点的情况,因此就会造成经典的最... 详细信息

光伏发电是目前运用广泛的可再生清洁能源,其中光伏发电系统的一个重要技术是最大功率点跟踪(MPPT)。可是在实际应用中,光伏阵列的很容易出现被局部遮挡现象。此时,光伏电池功率输出曲线上会呈现多个极值点的情况,因此就会造成经典的最大功率点跟踪方法难以避免的会只能搜索到某一个局部最大值。所以,对于局部遮阴情况下的太阳能电池发电组件的最大功率点跟踪算法的研究是很有必要的。论文介绍了光伏发电系统的组成、分类及运用,分析了太阳能电池组件的发电原理和输出特性。阐述了热斑效应的发生原因与解决方法,对局部遮阴下P-V曲线呈现多个峰值的原因进行分析,而且还研究了其太阳能电池的物理模型和数学模型。总结了几个经典MPPT算法与多峰MPPT算法,总结出这些方法的优势与缺陷。论文介绍了基本粒子群算法(PSO)的原理及设计流程,对于其不易追踪到全局最优值且寻优速度慢、收敛精准度不高等不足,本文采用了一种改进型的回退PSO算法,随后对所提算法的性能给出几个函数试验分析,测试结果表明回退粒子群算法不仅在寻优精度还是在收敛速度方面都比基本PSO算法更优秀。针对回退PSO算法在多峰值寻优上的优势,适用于局部遮阴情况下的MPPT控制中,然后在Simulink中搭建了回退PSO算法MPPT控制模块的整个系统模型,得到的结果分析证明该算法对多峰MPP的跟踪具有良好的快速性与精确性,从而完成光伏电池处于局部阴影下MPPT的全局寻优。最后对控制系统中每个模块的仿真模型进行搭建,并对整个控制系统进行仿真研究。仿真结果显示此算法可以将最大功率点快速且精确跟踪到,还有系统的输出功率一直在最大功率点电压周围,成功证明了此算法的可行性和有效性,从而提高了局部遮阴情况下太阳能光伏发电系统的输出效率。

关键词：光伏发电系统最大功率点跟踪回退粒子群算法局部遮阴

基于改进粒子群算法的局部遮阴下光伏阵列MPPT算法研究

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基于改进粒子群算法的局部遮阴下光伏阵列MPPT算法研究

作者：刘煜太原科技大学

学位级别：硕士

近年来人们对能源的需求越来越大,伴随而来的是各种各样的环境问题,人们对可再生能源利用产生了极大兴趣。在光伏发电过程中,光伏电池无法时刻保持均匀光照,当出现不均匀或遮阴时,会导致电池失配和热斑效应。这样会增加光伏电池的损耗,... 详细信息

近年来人们对能源的需求越来越大,伴随而来的是各种各样的环境问题,人们对可再生能源利用产生了极大兴趣。在光伏发电过程中,光伏电池无法时刻保持均匀光照,当出现不均匀或遮阴时,会导致电池失配和热斑效应。这样会增加光伏电池的损耗,严重时会对其造成不可逆的损坏。光伏阵列受此影响,其输出P-V特性曲线不再呈现单一峰值,而是呈现出多峰,所以最大功率点跟踪算法效果不佳。因此,研究在局部遮阴情况下的MPPT技术具有实际的重要意义。首先,本文对光伏电池工作原理进行了介绍,分析其在不同应用场合所采用的不同数学模型,随后在MATLAB/Simulink平台上搭建单块光伏电池的仿真模型,再经过串、并联的方式搭建局部遮阴状态下的光伏电池仿真模型。详细阐述了发生局部遮阴时光伏电池多峰现象产生的机理并通过仿真分析了遮阴时的输出特性曲线。其次,本文对传统的MPPT技术以及粒子群算法进行理论研究,通过MATLAB/Simulink仿真得到传统算法的输出特性曲线,经比较后得出各个算法的优缺点以及适用场合。从而引出本文所采用的改进自适应粒子群算法。本文对粒子群算法参数进行改进,分别选用电压和占空比作为粒子变量,并将惯性权重改为非线性动态权重,学习因子改为自适应学习因子,通过MATLAB/Simulink平台对该算法应用于局部遮阴下的表现进行分析,经与扰动法比较后得出该算法具有精度更高,速度更快的优点。最后,分析实验结果得出:扰动观察法追踪时间为0.03s,基于电压和占空比改进的粒子群算法分别为0.05s和0.32s,稳态振荡功率百分比分别为0.9,0.4和0。并且扰动观察法没有处理阴影的能力。即得出结论:相比于传统方法,本文提出的改进粒子群算法对于解决遮阴产生的多峰问题效果显著且振荡很小,可有效的提高光伏发电效率。

关键词：光伏阵列局部遮阴自适应控制最大功率点跟踪粒子群算法

基于粒子群算法的局部遮阴光伏发电系统MPPT控制的研究

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基于粒子群算法的局部遮阴光伏发电系统MPPT控制的研究

作者：周航天津大学

学位级别：硕士

局部遮阴或光照不均等现象在各种光伏发电系统中是普遍存在的。遮阴造成的阵列失配现象以及热斑现象不仅会影响太阳能系统的功率输出,造成安全和可靠性问题,并且在局部阴影条件下光伏阵列的P-V特性出现多个极值点,使得常规的最大功率跟... 详细信息

局部遮阴或光照不均等现象在各种光伏发电系统中是普遍存在的。遮阴造成的阵列失配现象以及热斑现象不仅会影响太阳能系统的功率输出,造成安全和可靠性问题,并且在局部阴影条件下光伏阵列的P-V特性出现多个极值点,使得常规的最大功率跟踪算法在这种情况下失效。克服局部遮阴对阵列输出功率影响的解决办法主要分为两个方面,一是研究具有全局搜索能力的最大功率跟踪算法,另外就是研究太阳能阵列结构的优化组合方法。目前国内外对局部遮阴下最大功率跟踪算法的研究仅限于对常规算法的一些改进或是引入复杂的计算,并且对阵列结构讨论不够深入。针对局部遮阴情况下的光伏阵列特性出现多个极值点的问题,并且考虑到粒子群算法在多峰函数优化、全局寻优方面的良好性能,本文把粒子群算法应用到了光伏发电系统的最大功率跟踪控制当中,提出了基于粒子群的局部遮阴下的多峰最大功率控制算法。算法主要是针对传统的串联式结构,使用粒子群与MPPT算法相结合,解决了局部遮阴下多峰寻优的问题。通过对光伏发电系统的阵列结构的深入分析,介绍了一种新型的独立组件并网发电结构,它不存在遮阴引起的光伏组件之间的不匹配损耗。每个组件具有独立的MPPT控制器,是未来最具有竞争力的光伏发电系统结构。独立组件结构需要对每个模块进行独立的最大功率控制,其本质上是一个多变量控制问题,利用粒子群算法的多变量寻优的特性,对光伏阵列的多个模块的最大功率点进行寻优,实现了光伏模块的群控。两种算法都是把粒子群算法的寻优和常规的最大功率跟踪算法的结合起来,不仅很好地克服了局部遮阴带来的问题,而且实现了两种算法优点的互补,提高了最大功率的输出总量和最大功率跟踪控制的准确性和收敛速度。通过在Matlab/Simulink中对两个算法进行仿真实验,验证了算法的有效性,并且分析了两个算法在最大功率跟踪上的优略。最后,搭建了系统的硬件电路,在室外人为制造的局部遮阴情况下进行了实验,实验结果光伏模板的输出电压被稳定地控制在最大功率点的电压附近,从而证明了算法的有效性。

关键词：粒子群算法局部遮阴最大功率点跟踪光伏发电系统

支持向量机回归算法预测局部遮阴光伏发电系统最大功率

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支持向量机回归算法预测局部遮阴光伏发电系统最大功率

作者：赵丹天津大学

学位级别：硕士

太阳能是一种新型的绿色可再生能源,光伏发电产业在未来有着良好的发展前景。但是由于光伏电池能量转化率低以及伏安特性的高度非线性等特点,因此研究具有全局搜索能力的MPPT控制算法,实现光伏发电系统的最大输出功率,是提高光伏电池利... 详细信息

太阳能是一种新型的绿色可再生能源,光伏发电产业在未来有着良好的发展前景。但是由于光伏电池能量转化率低以及伏安特性的高度非线性等特点,因此研究具有全局搜索能力的MPPT控制算法,实现光伏发电系统的最大输出功率,是提高光伏电池利用率的关键。实际的光伏系统受外界环境影响较大,系统输出存在随机性,特别是局部遮阴或光照不均等情况造成的阵列失配以及热斑现象不仅会影响光伏系统的功率输出,更造成安全和可靠性问题,并且在局部阴影条件下光伏阵列的P-V特性出现多个极值点,使得常规的最大功率跟踪算法失效。因此本文将支持向量机回归算法应用于光伏系统研究,利用支持向量机的全局优化、适应性强、泛化性能好等优点,对光伏组件的最大功率点进行预测跟踪。论文分析了光伏电池的电路模型和输出特性,在此基础之上对光伏阵列特性进行仿真,对目前国内外局部遮阴下最大功率算法的研究成果进行分析与评述。在分析了最大功率点影响因素的基础上,对支持向量机回归算法理论进行分析与阐述,针对光伏阵列特性出现的多极值问题,提出了基于支持向量机回归拟合的最大功率预测模型。仿真结果表明,支持向量机预测模型具有较高的精度和效率。在Matlab/Simulink中建立基于SVR预测模型的光伏系统最大功率点跟踪控制系统,仿真结果验证了算法的有效性。最后,搭建了系统的硬件电路,在室外全光照条件下和局部遮阴情况下进行了实验。实验结果表明系统运行稳定,对于环境的变化有较好的响应能力。

关键词：支持向量机回归局部遮阴最大功率跟踪光伏发电系统