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1、华北水利水电学院 硕士学位论文 基于神经网络的光伏发电最大功率点跟踪算法及仿真 姓名：卞晶晶 申请学位级别：硕士 专业：模式识别与智能系统 指导教师：苏海滨 2011-05 华北水利水电学院硕士学位论文 I 基于神经网络的光伏发电最大功率点跟踪算法及仿真 摘 要 随着社会能源需求的日渐加大和人们对环境污染的关注程度日益加深， 人们将更多 的目光投入到新能源的开发和利用上。太阳能作为一种清洁可再生能源，越来越多的被 国际社会所关注。太阳能光伏转换技术近年来也得到了很大的发展。由于受外界环境以 及负载的影响，光伏阵列输出特性呈非线性。光伏阵列的输出功率随输出电压的变化而 变化，因此光伏阵列的输出存
2、在着最大功率点。本文所研究的最大功率点跟踪方法就是 使太阳能光伏系统工作在最大功率点上或在最大功率点附近， 以提高光伏发电系统的输 出效率。 本文首先介绍了目前国内外太阳能光伏发电技术的应用及其发展现状， 并对光伏发 电系统做了简要介绍。接着分析了太阳能光伏阵列的工作原理并进行了仿真，结果验证 了光伏电池的输出特性。然后比较、分析了电压回授法、扰动观察法、直线近似法、模 糊逻辑控制法、电导增量法，提出了基于神经网络的最大功率点跟踪算法与 DC-DC 变 换器相结合的一种跟踪方法。根据太阳能光伏输出特性并结合神经网络的结构特点，建 立了结构为 2-9-1 的三层神经网络模型。在对参数分析的基础上
3、，选用 Cuk 变换器实现 电压的转换并对其进行了仿真。最后使用 MATLAB 仿真工具对该方法进行了仿真。实 验结果表明新算法不仅适应光强、温度快速变化的特点，而且能够快速准确地跟踪最大 功率点，验证了方法的可行性，仿真得到了较好的效果。 关键词：太阳能发电，神经网络，最大功率点 华北水利水电学院硕士学位论文 II NEURAL NETWORK BASED MAXIMUM POWER POINT TRACKING OF PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION AND SIMULATION ALGORITHM ABSTRACT With the growing energy
4、 needs of society and peoples increasing concerning over environmental pollution, people will pay more attention on the new energy development and utilization. Solar energy as a clean and renewable energy, gets more and more attention by the international community. In recent years, photovoltaic con
5、version technology has also been a great development. And load due to the impact of the external environment, non-linear output characteristics of photovoltaic arrays. PV array output power with the output voltage changes, so there is the output of photovoltaic arrays maximum power point. In this ar
6、ticle ,research the maximum power point tracking method is to make solar PV system work at the maximum power point or near the maximum power point ,in order to improve the efficiency of photovoltaic power generation system outputing. This paper introduces the current domestic and international appli
7、cation of solar photovoltaic technology , its development status, and briefly introduction of photovoltaic power generation system. Then analyzes the working principle of solar photovoltaic array and the simulation results ,verify the output characteristics of photovoltaic cells. Then compared to an
8、alyze the voltage feedback method, perturbation and observation method, linear approximation method, fuzzy logic control method. The incremental conductance of tracking method is proposed based on neural network algorithm for maximum power point tracking with a combination DC-DC converter. According
9、 to the output characteristics of solar photovoltaic and combined with the structural characteristics of neural networks, established a structure for the 2-9-1 three-layer neural network model. In parametric analysis, based on the selection of Cuk converter to achieve voltage conversion and its simu
10、lation. Finally, using MATLAB simulation tools for for the simulation of the method. Experimental results show that the new algorithm to adapt to light intensity and temperature characteristics of rapid change, and can quickly and accurately track the maximum power point, verify the feasibility of t
11、he method, simulation results have been good. Key Words: Solar power, Neural network, MPPT 独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究 工作所取得的研究成果并撰写完成的。没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵 权行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中不包含其他人或集体已经发表或 撰写过的研究成果， 也不包含为获得华北水利水电学院或其它教育机构的学位或证书所 使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明 并表示了谢意
12、。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名： 保证人（导师）签名： 签字日期： 签字日期： 学位论文版权使用授权书 本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用学位论文的规定。特授权华北水 利水电学院可以将学位论文的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索， 并采用 影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关 部门或机构送交论文原件或复印件和电子文档。 （涉密的学位论文在解密后应遵守此规 定） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 签字日期： 华北水利水电学院硕士学位论文 1 1 绪 论 1.1 太阳能光伏发电的背景、现状 1.1.1
13、 化石燃料正面临逐渐枯竭的危机局面 随着社会经济、 生活的发展， 能源问题越来越受到人们的关注。 全球的经济在发展， 人口在迅速增加，这就表示需要提供更多的食物、住房和原材料，因而对能源的需求量 也不断的增加！在过去的 20 年之间，全世界能源消耗量增加了 40%，石油、天然气、 煤炭等作为 20 世纪的世界能源结构中的主要能源部分，越来越多的人已经认识到不可 再生能源已经不能够满足人类的能源需求，能源危机已展现在人类面前1。 中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年 17000 亿吨标准煤。太阳能资源开发利 用的潜力非常广阔。2008 年，中国光伏组件的产能约为 2000 兆瓦，首次超过德国，
14、位 居世界第一，而国内安装的组件仅 50 兆瓦左右，国内市场所占产能不到 5%。 根据我国能源储量、构成和消耗速度，专家们不久前在敦煌召开的“中国大漠光电 构思会”上共同发出警告，我国将在全球率先面临化石能源枯竭挑战，在不久的将来， 煤炭、石油和天然气等主要能源将会开采殆尽2。中国科学院电力所研究员马胜红说， 我国各种一次性能源资源储量均低于世界平均水平，大约只有世界总储量的 10%，人均 占有量不足世界人均值的一半。作为世界上最大的发展中国家，中国正处在经济社会的 快速发展时期，已经成为世界第二大能源消费国，快速增长的能源需求态势，使能源供 应问题在未来越发严重。 图 1-1 1850-20
15、50 年世界主要能源的构成比例 Figure 1-1 1850-2050 the composition of the proportion of the worlds major energy 根据日本、欧盟等能源机构预计，全球化石能源的枯竭是不可避免的，其峰值将在 2020-2030 年出现，并在本世纪内基本开采殆尽。与全球能源形势相比，我国一次性能 源煤炭、石油和天然气的开采形势更不容乐观。 为了应对化石燃料逐渐短缺的严重局面，必须逐步改变能源消费的结构，大量开发 华北水利水电学院硕士学位论文 2 以太阳能为代表的可再生资源，在能源供应领域走可持续发展道路，才能保证经济的繁 荣发展和人类
16、社会的不断进步。 1.1.2 保护生态环境逐渐受到人们的重视 由于人类的能源消费活动，主要是化石燃料的燃烧，造成了环境污染，导致全球气 候变暖，冰山融化，海平面上升，沙漠化日益扩大等现象的出现，自然灾害频发。人们 逐渐认识到， 减少温室气体的排放， 治理大气环境， 防止污染已经到了刻不容缓的地步。 2007 年 1 月 10 日，世界经济论坛等机构在日内瓦发表的2007 年全球风险报告 称，气候变化是 21 世纪全球面临的最严重挑战之一，由于全球变暖造成的自然灾害在 今后数年内可能会导致某些地区人口大规模迁移、 能源短缺， 以及经济和政治动荡。 2007 年 2 月 2 日，来自 130 个国家的 2500 多名专家的联合国“政府间气候变化专门委员会” 发表了第 4 份全球气候变化评估报告。 这份报告
