摘 要

随着太阳能的开发，光伏产业的发展，在工程的实际应用中，光伏组件建立准确的模型具有越来越重要的意义。而建立模型的过程中，最关键的就是通过实测的数据对一些容易变化的，难以测量的参数进行识别，这一步虽然是基础性工作，但具有非常重要的工程价值。

本文从光伏电池的发展历史和基本的工作原理出发，初步建立光伏电池的双二极管模型。阐述了获取模型参数的各类方法，比较之后引入差分进化算法，对模型的参数进行准确地识别。通过MATLAB编程，验证了差分进化算法识别获得的参数的准确性和有效性。

关键词：光伏电池；双二极管模型；差分进化算法；参数识别

Abstract

With the development of solar energy and the development of photovoltaic industry, in the practical application of engineering, it is more and more important to establish accurate models of photovoltaic modules. In the process of establishing the model, the most critical thing is to identify some easily changeable parameters that are difficult to measure through the measured data. Although this step is basic work, it has very important engineering value.

This article starts from the development history and basic working principles of photovoltaic cells, and initially establishes a double diode model of photovoltaic cells. Various methods for obtaining model parameters are described. After comparison, a differential evolution algorithm is introduced to accurately identify the model parameters. Through MATLAB programming, the accuracy and validity of the parameters obtained by the differential evolution algorithm are verified.

Keywords: photovoltaic cell; dual diode model; differential evolution algorithm; parameter extraction

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1选题背景与意义 1

1.2光伏发电行业的发展 1

1.3光伏发电系统的建模研究 2

1.4本文结构与研究内容 3

第2章 光伏电池及其等效模型 4

2.1光伏电池工作原理 4

2.2 光伏电池模型建立过程 5

2.3单二极管模型 6

2.4双二极管模型 7

第3章 差分进化算法原理 8

3.1各类常用的参数辨识方法特点比较 8

3.1.1粒子群优化算法 8

3.1.2遗传算法 8

3.1.3禁忌搜索算法 9

3.1.4模拟退火算法 9

3.1.5神经网络算法 9

3.1.6差分进化算法 9

3.2差分进化算法原理与特点 9

3.3差分进化算法种类 11

3.3.1基本差分进化算法 11

3.3.2自适应差分进化算法 12

3.3.3离散差分进化算法 13

第4章 仿真与实验结果 14

4.1 MATLAB平台仿真编程 14

4.1.1 基本差分进化算法的编写 14

4.1.2 引入光伏电池双二极管模型 15

4.1.3 引入适应度函数 16

4.1.4 运行算法识别参数 16

4.2因素影响 16

4.3 双二极管模型验证 17

4.4补充测试 19

4.4.1差分进化算法的改进尝试 19

4.4.2单二极管模型结果对比 20

4.5仿真结果分析 22

第5章 结论 24

参考文献 25

附 录 26

致 谢 30

第1章 绪论

1.1选题背景与意义

自第一次工业革命时起，化石能源便作为供能的核心长久地支撑起了全球的工业发展，但也逐渐伴随着出现了许多实际问题。煤炭、石油等能源的长期开采和使用，一方面导致其存储量不断减少，如果无法找到合适的新能源进行替代，短时间内不会有能源短缺，但在可预见的未来，我们也要面临能源的需求大于供给的危机；从环境保护的方面来说，化石能源的使用需要引起我们的重视，二氧化碳等温室气体，二氧化硫、一氧化碳等有毒气体，会对自然环境造成相当严重的破坏，现在温室效应已经显著地对环境造成了影响，不符合我国可持续发展的战略方针。

所以当今世界所面临的当务之急就是寻找一种新能源，能够通过技术开发实现对主流化石能源的替代。太阳能作为一种清洁能源，源源不断且容易从大自然中获取。由此可见太阳能从发展角度来说极具潜力，各国也针对太阳能资源制定了相应的方针，对其进行重点发展。

1.2光伏发电行业的发展

1973年出现了全世界范围内的石油危机，石油输出国组织曾连续多次限制石油生产。以美国为首的许多发达国家注意到本国的能源结构过度依赖化石能源，为了改变这样的局面，对能源结构进行调整，各国开始对国内的光伏产业进行资源的投入和政策的倾斜。在危机出现的同年，美国就立刻反应，制定了政府光伏发电发展计划，投入了大量人力物力对光伏发电技术进行技术革新。次年，日本也制定了相应的计划，其他如法国、德国等国也纷纷抓紧对本国内的光伏产业进行扶持和资金投入。

我国国内的产业初期非常弱势，没有技术优势，主要的产业方向是做光伏电池的制造。在政府的扶持之下，我国的光伏行业也看到了曙光，从2013年以来，有了非常可观的发展。通过数据我们可以发现，我国的光伏产业在世界已经处于前列，装机总量已经处于世界第一的水平，每年的新增量也在不断提高。在未来的几年中，我国的光伏发电将得到快速发展，而且随着我国电力工业电源结构调整的不断深化，并网运行的光伏发电系统将越来越多，其容量也将越来越大，光伏电源在我国电源结构中所占比例也将越来越大^[1]。

表1.1 中外光伏发电产能发展对比