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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
导　师: 程泽
学　校: 天津大学
专　业: 控制理论与控制工程
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
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


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。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 课题研究背景  7-12
    1.1.1 国外光伏产业发展现状和未来走向  7-8
    1.1.2 国内光伏产业发展现状和未来走向  8-9
    1.1.3 光伏发电系统概述  9-12
    1.1.4 光伏发电产业需要解决的问题  12
  1.2 课题研究目的和选题意义  12-13
  1.3 研究内容与论文结构  13-15
第二章 光伏阵列特性研究及应用问题  15-28
  2.1 光伏电池工作原理和数学模型  15-18
  2.2 光伏阵列建模与仿真  18-25
    2.2.1 光伏组件仿真分析  18-21
    2.2.2 光伏阵列仿真分析  21-25
  2.3 局部遮阴情况下MPPT算法比较  25-28
第三章 基于支持向量机回归模型的最大功率预测研究  28-52
  3.1 统计学习理论核心内容  28-31
    3.1.1 学习过程一致性的条件  28-29
    3.1.2 VC维  29-30
    3.1.3 推广性的界  30
    3.1.4 结构风险最小化  30-31
  3.2 支持向量机  31-37
    3.2.1 支持向量机回归算法  32-34
    3.2.2 核函数  34-35
    3.2.3 支持向量机的参数优化问题  35-37
  3.3 支持向量机回归模型预测光伏系统最大功率点  37-52
    3.3.1 光伏系统最大功率影响因素的研究  39-41
    3.3.2 SVR模型预测跟踪光伏系统最大功率  41-52
第四章 光伏阵列MPPT控制实验与仿真分析  52-60
  4.1 光伏阵列最大功率点跟踪系统组成  52-53
  4.2 系统各仿真模块的Simulink建模  53-56
    4.2.1 光伏电池的Simulink建模  53-54
    4.2.2 SVR预测MPP环节的Simulink建模  54-55
    4.2.3 DC/DC变换电路的Simulink建模  55
    4.2.4 PWM脉冲信号环节的Simulink建模  55-56
  4.3 基于SVR预测模型的MPPT控制系统仿真  56-58
  4.4 仿真结果与分析  58-60
第五章 系统硬件电路设计  60-73
  5.1 DC/DC变换电路设计  60-64
    5.1.1 Boost电路工作原理  61-62
    5.1.2 Boost电路参数选择  62-64
  5.2 数据采集系统设计  64-66
    5.2.1 光照采样电路  64
    5.2.2 温度采样电路  64-65
    5.2.3 电压、电流检测电路  65-66
  5.3 DSP芯片外围功能模块  66-69
    5.3.1 脉宽调制模块  67
    5.3.2 模数转换模块  67-69
    5.3.3 通用输入输出模块  69
  5.4 MOSFET驱动电路设计  69-70
  5.5 实验结果及数据分析  70-73
第六章 总结与展望  73-75
  6.1 研究成果总结  73-74
  6.2 未来工作展望  74-75
参考文献  75-80
发表论文和科研情况说明  80-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 太阳能发电
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