论文总字数：17335字

摘 要

化石能源的应用使人类物质文明飞速发展，然而随着生态问题的日益突出，过度使用煤炭、石油等不可再生能源对环境造成不可逆的影响。因此，利用清洁可再生能源替代传统不可再生能源的重要性逐步凸显。光伏发电作为新兴发展的可再生能源，其发电原理简单，应用广泛，已成为当前电网系统的重要组成部分。光伏组件内部参数变化会影响其输出特性，影响其最大输出功率，进而影响光伏发电系统整体的发电质量和效率。

在实际应用中，光伏组件的输出特性曲线随外界因素变化而变化。本文首先从光伏电池的单二极管模型推导出光伏组件的V-I输出特性；然后，根据光伏组件的V-I输出特性以及测试输出特性，在Matlab软件上基于灰狼优化算法实现了光伏组件的五参数辨识。运用Simulink平台进行模型仿真，结果表明，得到的辨识参数输出特性曲线能最好地拟合测试数据。

关键词：光伏组件，输出特性，灰狼优化算法，参数辨识

Abstract：The application of fossil energy has made the human material civilization develop rapidly. However, as the ecological problems become more and more prominent, the excessive use of non-renewable energy such as coal and oil has an irreversible impact on the environment.Therefore, the importance of replacing traditional non-renewable energy with clean renewable energy is becoming more and more important.As a renewable energy source, photovoltaic power generation is an important part of the current power grid system.The change of internal parameters of pv modules will affect its output characteristics and affect its maximum output power, thus affecting the overall generation quality and efficiency of photovoltaic power generation system.

In practical application, the output characteristic curve of pv module changes with external factors.In this paper, the V-I output characteristic of pv modules is derived from the single diode model of photovoltaic cells. Then, according to the V-I output characteristics of pv modules and the test output characteristics, the five-parameter identification of pv modules is realized based on the gray Wolf Optimization Algorithm on Matlab software. The Simulink platform is used to simulate the model, and the results show that the output characteristic curve can best fit the test data.

Keywords: Photovoltaic Module, Output Characteristic, Gray Wolf Optimization Algorithm, Parameter Identification.

目 录

1 绪论 4

1.1 课题背景及意义 4

1.2 国内外研究现状 5

2 光伏组件概述 6

2.1发电原理 7

2.2理论模型 7

2.3目标函数 8

3 智能算法 8

3.1 粒子群算法 8

3.2灰狼算法 9

4 光伏组件参数辨识 15

4.1 数据采集 15

4.2 参数辨识 15

4.3 建模仿真 17

5 结论 19

参考文献 20

致谢 21

附录 22

1 绪论

1.1 课题背景及意义

近年来世界的石油、煤炭等不可再生资源减少速度加快，因此各个国家都在大力推行可再生能源的使用。随着光伏技术的日趋成熟和完善，光伏产业在世界经济中站稳脚步，稳步发展。由此趋势可见光伏产业在未来将会持续发展，在世界经济中占领一席之地，从发展区域方面看，发展中国家的发展空间巨大，前景广阔；从技术发展方面看，薄膜太阳能电池技术稳定，产量及使用率将快速增长。近年来，中国光伏制造业也在快速发展中，如今已经拥有比较完整的光伏制造产业链。纵观全球，各个国家也在极力推广光伏产品，如我国为鼓励购买光伏产品实行相关的税收补贴政策。

德国的光伏产业在光伏市场和技术方面一直处于领先状态。德国从“千屋顶计划”开始，就大力鼓励民众去消费太阳能，因此其光伏产业得到了飞速的发展。直至今日在全球范围中，65%的光伏安装项目都是在德国，预测估计到2060年，德国百分之八十左右的电力能源都可来自于可再生能源。

美国在光伏产业的主导地位已经被其他国家所动摇，所以自2011年开始实行SunShot计划，并宣布2020年的目标是削减百分之五十的太阳能发电成本，其主要目地就是在太阳能领域培养技术，培养全球经济竞争力。

日本自受到福岛核电站核泄漏事件后，就开始重视新能源产业的发展，尤其是光伏产业的发展，且实行了一系列措施，其中包括“新阳光工程”、“5年光伏发电技术的研究与开发计划”和“住宅光伏系统的推广计划”，如今日本已经拥有多家强劲的太阳能公司。

我国光伏制造产业也在迅速成长发展中，2010-2017年我国光伏累计装机容量及并网太阳能发电量如图1-1和图1-2所示，在政策的引领和市场的驱使下，我国的光伏企业的经营状况日益变好，光伏产业产业规模大，技术水平在国际上领先，国内光伏市场稳步发展。

但是，我国的光伏产品也没有全面普及，主要原因是光伏发电效率低，光伏板最高效率也不足40%，工业化光伏板最高也不足20%，光伏发电效率所受的影响因素也很多，光照强度、季节变化、表面积灰程度、一点鸟粪、周围环境的遮蔽情况等等都会影响光伏板的发电质量和效率，一般光伏产品的面积都很大、投资也大，每一个都比火电和水电所投入的要高，其次电网调度受限制，晚上不能进行调峰，南方雨季多发电不足等都是需要攻破的难点。

光伏组件作为光伏发电系统的核心部件，它所制成的发电装置需要长期置于室外。因此，在实际的应用中，光伏组件的性能不仅会随着使用寿命的增加而降低，而且还会受到不利的自然环境的影响，光伏组件故障会影响整个光伏发电系统的有效运营。如果能够在不同环境下对电压、电流数据进行获取并建模提取参数，就能够快速检测组件故障，并且能够保证和提高光伏发电系统的安全和系统性能，进而改进太阳能电池制造技术。

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