畢業(yè)論文--光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤

1、<p>　　二○一二 屆學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 存檔編號(hào)： </p><p><b>　　畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</b></p><p>　　論文題目 光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤 </p><p>　?。ㄓ?文）Maximum power point tra

2、cing in photovoltaic system </p><p>　　學(xué) 院 物理與信息工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 </p><p>　　姓 名 周豪

3、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 200807202110 </p><p>　　指導(dǎo)教師 周榮政 </p><p>　　2012年 5 月 20號(hào)</p><p><b>　　摘 要</b></p>

4、<p>　　隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，綠色可持續(xù)利用的能源得到越來(lái)越多國(guó)家的重視，太陽(yáng)能因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)勢(shì)而得到世界各國(guó)的廣泛青睞。但是因?yàn)閺V泛發(fā)電的核心光伏電池受外界環(huán)境因素影響較大，其次，光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率普遍較低且價(jià)格昂貴，再者光伏發(fā)電系統(tǒng)的前期投入較大，為了提高太陽(yáng)能的普及面，提高效率減少材料所造成的污染問(wèn)題，必須對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)加以有效的控制。本論文著重對(duì)光伏陣列常用的幾種的最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的理論分

5、析，并建立了MATLAB 仿真模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證比較相應(yīng)的控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　首先，本文簡(jiǎn)要的對(duì)光伏電池的電氣特性進(jìn)行了分析，建立了光伏電池的仿真模型。同時(shí)，對(duì)常用的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）方法：導(dǎo)納增量法（Incremental Conductance）、擾動(dòng)觀測(cè)法（P&O）進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上并提出了改進(jìn)的方法：通過(guò)模糊控制實(shí)現(xiàn)占空比跟蹤的方法。總結(jié)這些方法各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)

6、，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境選擇合適的跟蹤方法。</p><p>　　然后，本文對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要核心模塊包括光伏陣列、電力電子變換器、儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)載等。本位分析重點(diǎn)側(cè)重光伏電池和最大功率點(diǎn)跟蹤，系統(tǒng)其它部分簡(jiǎn)要提及。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><p>　　光伏電池；最大功率點(diǎn)跟蹤；爬山法

7、；電導(dǎo)增量法；模糊控制；MATLAB/SIMULINK仿真；</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the green and renewable energy be widely used, solar energy is accepted commonly because of its unusual advantag

8、es. But the output of photo voltaic (PV) array is influenced by the environmental factors, and PV array have relatively low conversion efficiency and is expensive. In order to reduce the overall system cost and extract t

9、he maximum possible solar energy, we should control the PV system effectively. This paper focuses on MPPT control techniques of PV array, analyses the theory parti</p><p>　　Firstly, this paper analyses the e

10、lectrical characteristics of PV cell and establishes simulation model, and also analyses commonly used MPPT methods, such as Incremental Conductance method、P&O method. And then presents three improved methods: Open C

11、ircuit method、Optimal Gradient method、Three-Point Weight Comparison method. These methods each has his strong point and can be used in different field.</p><p>　　Secondly, this paper analyses the composing of

12、 the PV system. It is composed by PV array、power electronics converters、power storage system and loads. </p><p><b>　　Keywords:</b></p><p>　　Photo voltaic cell；MPPT；P&Q ,；Incremen

13、tal Conductance method,；Fuzzy controller；MATLAB/SIMULINK. </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要（中文）…………………………………………...……………………………………...I</p><p>　?。ㄓ⑽模?/p>

14、...…………………………….…..II</p><p>　　第一章 概述1</p><p>　　1．1 研究背景1</p><p>　　1．2 研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1．3 研究?jī)?nèi)容2</p><p>　　1．4 實(shí)現(xiàn)的方法及預(yù)期目標(biāo)2</p><p>　　

15、1．5 本文的主要內(nèi)容及章節(jié)概述2</p><p>　　第二章 光伏電池特性的研究4</p><p>　　2．1 光伏電池的工作原理4</p><p>　　2.1.1 P-N結(jié)簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.1.2 光伏電池的工作原理4</p><p>　　2．2 光伏電池的電氣特性5</p>

16、<p>　　2．2．1 光伏電池輸出特性方程5</p><p>　　2．2．2 光伏電池模組與陣列7</p><p>　　2．3光伏電池的仿真實(shí)現(xiàn)8</p><p>　　2．3．1仿真原理與模型8</p><p>　　2．3．2 光伏電池的特性分析9</p><p><b>　　2．4

17、 小結(jié)12</b></p><p>　　第三章 最大功率點(diǎn)跟蹤算法的研究13</p><p>　　3．1 光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤13</p><p>　　3．2 常用的最大功率點(diǎn)跟蹤算法14</p><p>　　3．2．1 爬山法(P＆O）14</p><p>　　3．2．2 爬山法仿

18、真結(jié)果及其分析17</p><p>　　3．2．3導(dǎo)納增量（Incremental Conductance）法18</p><p>　　3．2．4導(dǎo)納法仿真結(jié)果及其分析20</p><p>　　3．3 優(yōu)缺點(diǎn)分析21</p><p>　　3．3．1爬山法分析21</p><p>　　3．3．2導(dǎo)納法分析21

19、</p><p><b>　　3．4 小結(jié)22</b></p><p>　　第四章 自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控制法23</p><p>　　4．1 模糊控制的基本原理23</p><p>　　4．2模糊控制規(guī)則庫(kù)的建立23</p><p>　　4．3模糊控制算法23</p>

20、<p>　　4．3．1查表法23</p><p>　　4．3．2軟件模糊推理法24</p><p>　　4．3．3 解析公式法24</p><p>　　4．4 自適應(yīng)占空比法24</p><p>　　4．4．1 自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控制法24</p><p>　　4．4．2 算法的思路25<

21、;/p><p><b>　　4．5小結(jié)26</b></p><p>　　第五章 總結(jié)與展望..............................................................................................28</p><p><b>　　5．1總結(jié)28&l

22、t;/b></p><p><b>　　5．2展望28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 本文的研究目的和意義</p><p><b&g

23、t;　　1.1.1研究目的</b></p><p>　　在目前所有可再生綠色能源中，太陽(yáng)能公認(rèn)是利用最靈活，最可行的一種能源，面對(duì)著能源危機(jī)，研發(fā)成本的的限制等問(wèn)題、如何最大化的利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)的電具有深遠(yuǎn)的意義。要保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行，需快速準(zhǔn)確地進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)，目前很多常用最大功率點(diǎn)跟蹤方法都存在一定缺陷，從而導(dǎo)致光伏系統(tǒng)的功率較低，為此本文研究了幾種常見(jiàn)的光伏陣列最

24、大功率點(diǎn)跟蹤的各種方法，比較其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為選取跟蹤方法提供理論依據(jù)。</p><p><b>　　1.1.2研究意義</b></p><p>　　能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，是人民生活所必須的產(chǎn)物，其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活中占有重要地位。有專(zhuān)家曾預(yù)言21世紀(jì)將是能源戰(zhàn)爭(zhēng)的年代，隨著化石能源（石油，煤炭）的逐步消耗，能源危機(jī)已展現(xiàn)在全人類(lèi)面前，太陽(yáng)能作為一種巨量的可

25、再生能源，開(kāi)發(fā)和利用豐富的太陽(yáng)能可以緩解目前的能源危機(jī)。</p><p>　　面對(duì)能源危機(jī)，當(dāng)前世界各國(guó)都在新能源的開(kāi)發(fā)方面投入巨大的人力、物力、財(cái)力，其中以太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用投入最大，當(dāng)今世界正圍繞太陽(yáng)能展開(kāi)了一場(chǎng)科技革命。雖然太陽(yáng)能發(fā)電還沒(méi)有真正進(jìn)入普及階段，但它的發(fā)展是一個(gè)必然的趨勢(shì)，因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)很多。首先，太陽(yáng)能是可再生能源，取之不盡，用之不竭；其次，太陽(yáng)能是一種清潔綠色的能源，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，適宜大力普及。&

26、lt;/p><p>　　1.2 光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤研究的背景及其發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問(wèn)題日益嚴(yán)重，越來(lái)越多的國(guó)家關(guān)注新能源的利用，隨著常規(guī)能源（石油，煤炭）的消耗量日益增大，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，迫使世界各國(guó)必須尋找一種新型的可持續(xù)利用能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源[6]。太陽(yáng)能,風(fēng)能，地?zé)崮芤呀?jīng)得到了廣泛的認(rèn)同，而在這其中，太陽(yáng)能毫無(wú)疑問(wèn)處于突出的位置，世界各國(guó)都投入

27、巨大的人力，物力，財(cái)力爭(zhēng)相發(fā)展這一清潔能源，它們的利用方向涵蓋發(fā)電，取暖，供水等各領(lǐng)域。在某些領(lǐng)域，太陽(yáng)能的利用已日漸成熟，甚至進(jìn)入實(shí)用階段。</p><p>　　當(dāng)太陽(yáng)能的利用普及面的增加，擺在我們面前很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是如何提高太陽(yáng)能的利用效率，由于太陽(yáng)能的初期投入很大，要想得到價(jià)值的同等回報(bào)，提高系統(tǒng)效率勢(shì)在必行。這就是本文的出發(fā)點(diǎn)。當(dāng)前制約太陽(yáng)能發(fā)展的因素主要有兩點(diǎn)： （1）初期投入較大；（2）太陽(yáng)能光伏電池

28、的轉(zhuǎn)換效率低，目前我們較多使用的光伏電池效率普遍在15%左右，即使世界上較先進(jìn)的光伏電池只有在較特殊的實(shí)驗(yàn)條件下的效率也僅為40%左右[6]，因此光伏電池最大功率跟蹤就十分重要，長(zhǎng)期以來(lái)本課題也是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。</p><p>　　1.3 本文主要的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　光伏電池輸出的最大功率歲外界的條件變化而變化，影響最大功率點(diǎn)的主要因素是溫度和光強(qiáng)的隨機(jī)變化。為了使系統(tǒng)能隨

29、外部條件的變化而自我調(diào)節(jié)，從而達(dá)到提高光伏陣列輸出最大功率的目的，采取的措施是實(shí)時(shí)跟蹤陣列的最大功率點(diǎn)。本文以獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用MATLAB為工具。通過(guò)仿真比較目前常用的跟蹤方法的各自特點(diǎn)。為在不同環(huán)境下選取跟蹤方法提供理論依據(jù)。</p><p>　　1.4 實(shí)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)</p><p>　　本文采用理論結(jié)合實(shí)際的方法，先簡(jiǎn)要分析光伏系統(tǒng)的組成，各模塊的工作原理，然后

30、利用仿真軟件對(duì)系統(tǒng)參數(shù)，實(shí)時(shí)曲線進(jìn)行模擬得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論的合理性。具體步驟如下：</p><p>　?。?）建立太陽(yáng)能電池物理模型，分析計(jì)算電特性。在MALTAB環(huán)境下建立動(dòng)態(tài)仿真模型該模型具有最大功率點(diǎn)跟蹤的功能，改變各種參數(shù)，比較各種算法。</p><p>　?。?）分析光伏電池的輸出特性利用MATLAB建立光伏電池模型奠定最大功率點(diǎn)跟蹤的基礎(chǔ)，分析各種最大功率點(diǎn)跟

31、蹤方法的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　1.5 本文主要章節(jié)概述</p><p>　　本文基于MATLAB環(huán)境下對(duì)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤，以便陣列在外部環(huán)境不斷變化的情況下仍能保證系統(tǒng)以最大功率輸出。論文的主要內(nèi)容及安排如下： </p><p>　　第一章 本章在廣泛閱讀當(dāng)前太陽(yáng)能最新技術(shù)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上介紹太陽(yáng)能發(fā)電的現(xiàn)狀、前景以及目前制約太陽(yáng)能普及的因素，簡(jiǎn)要介紹

32、本文的研究的背景，目的，方法以及預(yù)期的目標(biāo)。 </p><p>　　第二章 本章節(jié)著重介紹太陽(yáng)能技術(shù)的核心部件——光伏電池。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，光伏電池的更新?lián)Q代也更加快速。簡(jiǎn)要介紹了光伏電池的特點(diǎn)及分類(lèi)依據(jù)，在了解光伏電池工作原理的基礎(chǔ)上介紹它的輸出特性。通過(guò)改變溫度，光強(qiáng)的外界因素模擬仿真其輸出的變化，得到影響其工作的最主要因素。</p><p>　　第三章 本章在了解光伏電

33、池基本電氣特性的基礎(chǔ)上介紹光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤的常用方法（爬山法、導(dǎo)納增量法），通過(guò)設(shè)置參數(shù)，利用MTLAB實(shí)現(xiàn)仿真，經(jīng)過(guò)示波器觀察波形，得到基本的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而比較兩者各自的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　第四章 本章節(jié)主要介紹模糊控制器的基本原理，簡(jiǎn)單介紹了3種常用的模糊控制方法：查表法、軟件模擬推理、公式解析法。分別推理了它們的算法。另外還介紹了一種改進(jìn)的最大功率點(diǎn)跟蹤方法--自適應(yīng)占空比模糊控制法，簡(jiǎn)述了

34、改進(jìn)的依據(jù)，方法，優(yōu)點(diǎn)。將模糊邏輯控制應(yīng)用于光伏電池最大功率點(diǎn)的跟蹤不僅跟蹤迅速，而且到達(dá)最大功率點(diǎn)后基本沒(méi)有波動(dòng)，即具有良好的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能自適應(yīng)占空比。</p><p>　　第五章 總結(jié)本論文所獲得基本結(jié)論，同時(shí)指出文章存在的不足。展望了未來(lái)太陽(yáng)能的發(fā)展前景以及將來(lái)太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　第二章 光伏電池特性的研究</p><p>　　作為能

35、直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的光伏電池越來(lái)越受到人們的重視，其在光伏發(fā)電系統(tǒng)中占有重要地位。其特點(diǎn)包括：重量輕，壽命長(zhǎng)，使用方便，能抗擊各種振動(dòng)，其在各種電池中是污染最小，市場(chǎng)前景最好的電池。因此本文首先簡(jiǎn)要介紹光伏電池的電氣特性。</p><p>　　光伏電池多采用半導(dǎo)體材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光伏電池的種類(lèi)已相當(dāng)繁多，但無(wú)論采用何種材料生產(chǎn)光伏電池，它們的共同特點(diǎn)是：材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材

36、料本身對(duì)環(huán)境不造成巨大的污染；材料適合大規(guī)模的生產(chǎn)，最重要的是要有較強(qiáng)的穩(wěn)定性[4]。</p><p>　　2．1 光伏電池的工作原理</p><p>　　光伏發(fā)電的核心要解決的是怎樣將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。光伏電池就是這一核心部件，它的原理是利用半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)（光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象）制成的，它是一種能將太陽(yáng)能輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換器件。由若

37、干個(gè)光伏電池封裝成光伏電池組件，再根據(jù)需要將若將若干個(gè)組件合成一定規(guī)模的光伏陣列，配套使用儲(chǔ)能、測(cè)量、控制等裝置，即構(gòu)成光伏發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.1 P-N結(jié)簡(jiǎn)介</p><p>　　當(dāng)今社會(huì)多數(shù)電子產(chǎn)品都是由介于導(dǎo)體和絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成，首先我們有必要介紹一下半導(dǎo)體材料及P-N結(jié)的基本原理?，F(xiàn)在大多數(shù)半導(dǎo)體材料為硅晶體，當(dāng)摻入三價(jià)元素雜質(zhì)時(shí)，因缺少一個(gè)電子，在晶

38、體中便產(chǎn)生一個(gè)空穴，同理當(dāng)摻入五價(jià)的元素時(shí)便多了一個(gè)電子。當(dāng)P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合后，在其交界處便出現(xiàn)了電子和空穴的溶洞的差別，電子從N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散，空穴從P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散，由于電子空穴都是帶電的著用就在空間電荷區(qū)形成了一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)，</p><p>　　勢(shì)壘電場(chǎng)的又對(duì)多數(shù)載流子（N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴）的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。進(jìn)入P區(qū)的電子和進(jìn)入N區(qū)的空穴在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，帶負(fù)電的電子受到被拉回N區(qū)的力作用，帶

39、正電的空穴則受到被拉回到P區(qū)的力作用。這種載流子在勢(shì)壘電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)成為漂移運(yùn)動(dòng)。漂移流正好和上述交界面的擴(kuò)散流方向相反。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)共存，在一定的溫度和光照下，這兩種作用相互矛盾又相互聯(lián)系的統(tǒng)一在一個(gè)整體內(nèi)，最后達(dá)到平衡，這就是P-N結(jié)的形成過(guò)程。光伏電池正是利用了光激發(fā)少數(shù)載流子通過(guò)P-N結(jié)而發(fā)電的。 </p><p>　　2.1.2 光伏電池的工作原理</p>

40、<p>　　光伏電池的基本原理就是利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)。在無(wú)光照的條件下，PN結(jié)內(nèi)部形成內(nèi)部電場(chǎng)，當(dāng)光照在PN結(jié)附近時(shí)，當(dāng)光子能量hv≥E時(shí)在結(jié)區(qū)附近就產(chǎn)生少數(shù)載流子（電子，空穴對(duì)）這些載流子在結(jié)區(qū)外考擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)區(qū)，在結(jié)區(qū)內(nèi)在電場(chǎng)的作用下，電子漂移到N區(qū)，空穴漂移到P區(qū)。使得N區(qū)帶負(fù)電荷，P區(qū)帶正電荷，就產(chǎn)生了附加電動(dòng)勢(shì)，這就是光伏效應(yīng)。 </p><p>　　圖 2.1 光伏電池的工作原理<

41、;/p><p>　　2．2 光伏電池的電氣特性</p><p>　　2．2．1 光伏電池輸出特性方程</p><p>　　光伏電池在原理上等效為一個(gè)二極管[4]，其等效電路如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2光伏電池等效電路圖</p><p>　　根據(jù)基爾霍夫電流定律可得光伏電池的輸出特性方程： </p&g

42、t;<p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　其中公式中的參量代表的具體意義詳見(jiàn)表2.1。通常情況下討論實(shí)際等效電路時(shí)，是在忽略Rs或Rsh的影響下進(jìn)行電路分析，從上述公式中

43、我們可以發(fā)現(xiàn)：電阻Rs越大，短路電流會(huì)越小，但不會(huì)對(duì)開(kāi)路電壓造成大的影響；電阻Rsh越大，開(kāi)路電壓會(huì)變小，但不會(huì)對(duì)短路電流造成大的影響。同時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)輸出電流對(duì)輸出功率的影響程度較大，加上影響開(kāi)路電壓的因素除了Rsh外還有流過(guò)二極管的電流值，因此R是影響光伏發(fā)電比較重要因素。因此，在后面的討論中我們將忽略Rsh，從而可以得到簡(jiǎn)化的光伏電池輸出特性方程如下：</p><p><b>　?。?-4）&l

44、t;/b></p><p>　　表2．1光伏電池等效模型參數(shù)解析</p><p>　　2．2．2 光伏電池與光伏陣列的組成關(guān)系</p><p>　　光伏電池組(Module)是由許多小單位的光伏電池經(jīng)由并聯(lián)或串聯(lián)組合所組成的[10]。；電池并聯(lián)組合可以提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的最高輸出直流電流。而電池串聯(lián)組合的特點(diǎn)是可以提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的最高輸出直流電壓因此，合理

45、的對(duì)電池串、并聯(lián)交替組合可以得到期望的直流電壓或電流。我們可以得到光伏電池模組的輸出特性方程：</p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　上式中,np、ns分別代表模組中并聯(lián)、串聯(lián)光伏電池的個(gè)數(shù)。同理，光伏陣列是由許多小單位的模組通過(guò)并聯(lián)或串聯(lián)組合而成的。</p><p>　　表2．2 Siemens SP75在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)

46、試條件下的參數(shù)</p><p>　　本文將以德國(guó)Siemens公司生產(chǎn)的SP75型號(hào)的光伏電池為例子簡(jiǎn)要討論光伏電池的特性，表2.2列出了該型號(hào)模組的各項(xiàng)參數(shù)。它由36個(gè)單結(jié)晶矽光伏電池串聯(lián)而成，，根據(jù)公式（2-5），得到該型號(hào)光伏電池模組的輸出特性方程：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　考慮溫度和太陽(yáng)輻射影

47、響時(shí)：</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　（2-7）</b></p><p><b>　

48、　（2-10）</b></p><p>　　得到上式后用SIMULINK對(duì)該光伏電池模組進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。</p><p>　　2．3光伏電池的仿真實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2．3．1仿真原理與模型</p><p>　　在公式（2-6）中有C1、C2,下面對(duì)這兩個(gè)未知量分別進(jìn)行討論[5]，分別建立模型。<

49、/p><p><b>　　1，求解未知量C1</b></p><p>　　其中 （2-11）</p><p>　　按公式（2-7）可以創(chuàng)建C1的子模塊</p><p>　　圖2.3子模塊C1模型圖</p><p><b>　　2，求解未知量C2&l

50、t;/b></p><p>　　其中 （2-12）</p><p>　　按公式（2-8）可以創(chuàng)建C2的子模塊</p><p>　　圖2.4子模塊C2模型圖</p><p>　　得到上式兩個(gè)未知量后，根據(jù)公式（2-6）即可實(shí)現(xiàn)該型號(hào)5光伏電池模組的建模，如圖2.5。采用V、

51、T、λ作為輸入，I、P(輸出功率P=IV)作為輸出。輸入變量V在0～30V之問(wèn)，模擬溫度T=25℃、日照強(qiáng)度A在200～1250W／㎡，得到光伏電池模組的，I-V、P-V關(guān)系如圖2.6；模擬溫度T在20～l00℃、日照強(qiáng)度λ=750W／㎡時(shí)，電池模組的I-V、P-V的關(guān)系如圖2.7。</p><p>　　2．3．2 光伏電池的特性分析</p><p>　　光伏電池是利用太陽(yáng)能發(fā)電，因此其必

52、然會(huì)受到外界因素的影響。其中最主要的因素是溫度、光強(qiáng)[4]。 從上面的仿真結(jié)果可對(duì)光伏電池的特性進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。分析結(jié)果如下：</p><p>　　從圖2.6可以看出，當(dāng)溫度不變，光強(qiáng)變大，光伏電池模組的開(kāi)路電壓不變，短路電流增大，導(dǎo)致輸出功率變大。而且，從P一V曲線圖可以得出，最大輸出功率點(diǎn)幾乎落在同一根垂直線的兩旁的附近處。結(jié)論是當(dāng)溫度一定時(shí)，光伏電池輸出電壓保持恒定且為在某一光強(qiáng)下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)處的電壓，

53、則不管日照量如何變化，光伏電池可大致保持在該溫度下的最大功率輸出。 </p><p>　　從圖2.7可以看出，當(dāng)光強(qiáng)一定時(shí)，溫度增加，光伏電池開(kāi)路電壓會(huì)下降，短路電流略有上升，輸出功率減小。而且，從P-V曲線圖可以看出，對(duì)應(yīng)于溫度的變化，最大功率點(diǎn)幾乎成線性變化。溫度的上升，會(huì)造成光伏電池輸出功率的減小，因此外界溫度環(huán)境會(huì)直接影響到光伏電池的工作效率。</p&

54、gt;<p>　　圖2.5光伏電池模型</p><p>　　圈2.6在大氣溫度固定(25℃)，不同日照強(qiáng)度下，光伏模組對(duì)日照量變化的特性曲線圖：(a)光伏模組的輸出電流與輸出電壓的關(guān)系圖；(b)光伏模組的輸出功率與輸出電壓的關(guān)系圖。</p><p><b>　?。╝）</b></p><p><b>　?。╞）</

55、b></p><p>　　圖2.7在日照強(qiáng)度固定(750W／㎡)，不同大氣溫度下，光伏模組對(duì)溫度變化的特性曲線圖：(a)光伏模組的輸出電流與輸出電壓的關(guān)系圖；(b)光伏模組的輸出功率與輸出電壓的關(guān)系圖</p><p><b>　　（a）</b></p><p><b>　?。╞）</b></p><

56、;p>　　從上面得到的已知的實(shí)驗(yàn)圖形我們可以得出，光伏電池的特性具有明顯的非線性，即：光伏電池的輸出功率取決于電池的端電壓、外界因素（溫度，光照強(qiáng)度）。比較它們的曲線變化我們可以觀察到，隨著太陽(yáng)照射強(qiáng)度的增大，光伏組件的短路電流增加，同時(shí)最大輸出功率也增加。另一方面，同時(shí)通過(guò)比較我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著工作溫度的升高，光伏電池的短路電流增加而最大輸出功率減小。</p><p><b>　　2．4 小結(jié)&

57、lt;/b></p><p>　　太陽(yáng)能由于其獨(dú)特的利用價(jià)值。利用光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。而光伏電池的輸出受到電池表面溫度、光強(qiáng)等外界環(huán)境因素的影響，但輸出的非線性使系統(tǒng)必須做出改進(jìn)。為了最大化的利用太陽(yáng)能，必須保證一定的轉(zhuǎn)換效率，克服外界因素的改變對(duì)系統(tǒng)的影響，我們采用最大功率點(diǎn)跟蹤的方法從而減少能源上的浪費(fèi)[8]。當(dāng)前有很多點(diǎn)跟蹤的方法，它們各有優(yōu)缺，如何根據(jù)具體環(huán)境具體選取跟蹤方法，這是本文下一章

58、研究的重點(diǎn)。</p><p>　　第三章 最大功率點(diǎn)跟蹤算法的研究</p><p>　　由于太陽(yáng)能發(fā)電具有安全、環(huán)保、可持續(xù)性等優(yōu)越性，越來(lái)越來(lái)受到人們的重視，毫無(wú)疑問(wèn)，其在未來(lái)的電力系統(tǒng)中占有不可比擬的地位。在上一章中提出影響光伏發(fā)電效率的最大因素是外界環(huán)境的變化，溫度和光強(qiáng)的變化都可以導(dǎo)致輸出特性發(fā)生較大的變化。同時(shí)，光伏電池具有轉(zhuǎn)換效率較低、成本昂貴，初期投入較大等客觀問(wèn)題的存

59、在。因此，提高光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率是必然趨勢(shì)，解決的途徑之一是在光伏電池與負(fù)載間加最大功率點(diǎn)跟蹤裝置，保證實(shí)時(shí)跟蹤最大功率點(diǎn)[3]。下面本文將介紹最大功率點(diǎn)跟蹤的基本原理及兩種常用的跟蹤方法。</p><p>　　3．1 光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤</p><p>　　由上一章的分析可以得到在一定的溫度和光強(qiáng)條件下的輸出特性，如圖3．1所示，(a)光伏電池的輸出電流與輸出電壓關(guān)系圖；(b)光伏

60、電池的輸出功率與輸出電壓關(guān)系圖。</p><p>　　圖 3.1（a） 光伏電池I-V關(guān)系圖</p><p>　　圖3.1（b）光伏電池P-V關(guān)系圖</p><p>　　從上圖中可以看出：在給點(diǎn)的溫度和光強(qiáng)條件下，光伏系統(tǒng)具有唯一的最大功率點(diǎn)，高效利用太陽(yáng)能的前提是盡量是系統(tǒng)充分保持在最大功率點(diǎn)下工作，但是在外界環(huán)境因素非常規(guī)變化時(shí)，最大功率點(diǎn)也會(huì)隨之改變，更加不確

61、定的是在不同地區(qū)環(huán)境各不相同，不解決好這一問(wèn)題，將極大限制太陽(yáng)能的廣泛普及。因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分考慮最大功率點(diǎn)的跟蹤問(wèn)題，根據(jù)實(shí)時(shí)的外部環(huán)境，都能保持系統(tǒng)的自適應(yīng)性。</p><p>　　另一方面我們可以由圖發(fā)現(xiàn)，負(fù)載對(duì)最大功率的影響，這啟發(fā)我們可以通過(guò)負(fù)載的改變來(lái)適應(yīng)外部環(huán)境因素的變化，找到合適的負(fù)載使系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)處。最大功率點(diǎn)工作的基本思想就是尋找負(fù)載匹配的過(guò)程。</p><p

62、>　　3．2 常用的最大功率點(diǎn)跟蹤算法</p><p>　　目前常用的光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤算法已相當(dāng)繁多，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，必將產(chǎn)生更多更先進(jìn)的方法，由于本人能力及文章篇幅所限，不便贅述，本文只是基于前人的研究成果簡(jiǎn)要較少兩種簡(jiǎn)單常用的方法，分別為爬山法和導(dǎo)納法[10]。下文將就這兩種最大功率點(diǎn)跟蹤算法分別說(shuō)明其工作原理，并比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　3．2．1 爬

63、山法(P＆O）</p><p>　　由于爬山法獨(dú)特的特點(diǎn)（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，需測(cè)量的參數(shù)較少）使其成為目前使用頻率較高的跟蹤方法。其基本原理概括的說(shuō)就是通過(guò)改變輸出電壓，給其一個(gè)小的電壓分量，通過(guò)電壓分量來(lái)尋找功率的改變方向，如果功率增大，繼續(xù)增加該電壓分量，如果功率減小，則改變?cè)隽糠较?。通過(guò)與未加增量前的功率的比較找到功率變化的方向。</p><p>　　圖3.2 擾動(dòng)觀察法跟蹤情況示意圖<

64、;/p><p>　　圖3.2具體說(shuō)明了這個(gè)尋找最大功率點(diǎn)過(guò)程，假設(shè)起始工作點(diǎn)在V1，此時(shí)的功率為P1，然后給一個(gè)電壓增量△V，設(shè)V2=V1+△V，V2點(diǎn)的功率為P2，比較P1P2的大小，由圖知P2大于P1，及功率是增大的，繼續(xù)賦予增量△V，到達(dá)P3，同理功率繼續(xù)增大，當(dāng)繼續(xù)賦予增量時(shí)功率到達(dá)P4，功率值變小，說(shuō)明最大功率點(diǎn)在P3P4之間，重復(fù)進(jìn)行賦予增量的步驟，只到找到最大功率點(diǎn)。圖3.3為擾動(dòng)法的控制流程圖。<

65、;/p><p>　　圖3.3 爬山法的控制流程圖</p><p>　　根據(jù)第二章光伏電池模型并根據(jù)流程圖可以畫(huà)出爬山法的模型：</p><p>　　圖3.4 爬山法模型</p><p>　　圖3.5 PWM電路模型圖</p><p>　　對(duì)于爬山法我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)其算法，如圖3.6 PWM模塊基于占空比為升壓式

66、變換器產(chǎn)生脈沖信號(hào)。其中,零階保持器的采樣周期與MPPT仿真模塊周期相同,取在[0.01- 0.001]之間?？蓮氖静ㄆ饔^測(cè)仿真結(jié)果。</p><p>　　圖3.6 MPPT算法模塊</p><p>　　通過(guò)給定溫度20℃，光照通過(guò)time模塊設(shè)定在600——1000之間進(jìn)行擾動(dòng)變化，通過(guò)搭建boos電路來(lái)直接實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)法的算法【2】。其中通過(guò)PWM脈沖調(diào)試來(lái)改變電壓，實(shí)現(xiàn)波動(dòng)。</p

67、><p>　　3．2．2 爬山法仿真結(jié)果及其分析</p><p>　　采用變步長(zhǎng)的ode23tb(stiff/TR-BDF2) 仿真,最小步長(zhǎng)與最大步長(zhǎng)自動(dòng)調(diào)節(jié),相對(duì)誤差允許范圍為1×10- 3 ,絕對(duì)誤差范圍為自動(dòng)調(diào)節(jié)。從0秒開(kāi)始仿真,仿真時(shí)間設(shè)為0.1秒。同時(shí),最大功率點(diǎn)跟蹤控制模塊的采樣周期與脈寬調(diào)制模塊的采樣周期相同,都取為0.001。太陽(yáng)能光伏陣輸入日照取100W /m2

68、 ,電池溫度為在25℃[4]。設(shè)置好各模塊仿真參數(shù)后,即可開(kāi)始仿真。</p><p>　　光伏陣輸出與負(fù)載電阻輸入的電壓、功率和電流仿真曲線如圖3.7所示。該系統(tǒng)采用干擾觀測(cè)法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)的準(zhǔn)確跟蹤。</p><p><b>　　圖3.7擾動(dòng)法波形</b></p><p>　　3．2．3導(dǎo)納增量（Incremental Con

69、ductance）法</p><p>　　導(dǎo)納增量法的基本思想是基于在光伏陣列的P－V曲線中，在最大功率點(diǎn)處其斜率為零，而P =VI，因此：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　（3-2）</b>

70、</p><p>　　式（3-2）即為達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件。</p><p><b>　　如果：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　則光伏電池組件當(dāng)前的工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)的右邊，此時(shí)應(yīng)減小輸出電壓；</p><p><b>

71、　　如果：</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　則光伏電池組件當(dāng)前的工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)的左邊，此時(shí)應(yīng)增大輸出電壓。</p><p>　　在上式中dI表示增量前后測(cè)量到的電流差值，dV表示增量前后測(cè)量到的電壓差值。因此，只要符合公式(3—2)要求時(shí)，則表示已達(dá)到最大功率點(diǎn)，即不進(jìn)行下一次擾動(dòng)。如

72、果不符合則繼續(xù)擾動(dòng)。圖3．8為應(yīng)用導(dǎo)納法來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤的控制流程圖。</p><p>　　圖3.8導(dǎo)納法控制流程圖</p><p>　　根據(jù)上一章光伏電池模型及圖3.8可以建立導(dǎo)納法的光伏模型：</p><p>　　圖3.9導(dǎo)納法模型圖</p><p>　　導(dǎo)納增量法的數(shù)學(xué)依據(jù)是在最大功率點(diǎn)處功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為0[4]。由于P-V曲線為

73、一單峰曲線，因此采用導(dǎo)納增量法進(jìn)行最大功率跟蹤時(shí)并無(wú)原理性誤差，為一個(gè)較理想的MPPT跟蹤方法。由于導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算是采用差分近似的方法，因此在最大功率跟蹤中所產(chǎn)生的誤差是由于控制算法中近似計(jì)算所產(chǎn)生的，可通過(guò)采用數(shù)值微分的三點(diǎn)計(jì)算公式來(lái)計(jì)算導(dǎo)數(shù)，提高導(dǎo)數(shù)的計(jì)算精度來(lái)提高系統(tǒng)的跟蹤精度。</p><p>　　3．2．4導(dǎo)納法仿真結(jié)果及其分析</p><p>　　圖3.10導(dǎo)納法輸出功率波形圖&l

74、t;/p><p>　　從圖3.10可以清晰的看出功率的突變點(diǎn)，證明該模型真正實(shí)現(xiàn)了最大功率跟蹤。其中s-function最大功率跟蹤算法在附錄中，這種算法相對(duì)而言是現(xiàn)在最常用也是比較簡(jiǎn)單的。</p><p>　　3．3 優(yōu)缺點(diǎn)分析 </p><p>　　3．3．1爬山法分析</p><p>　　采用擾動(dòng)觀測(cè)法P&a

75、mp;O的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1) 控制思路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)較為方便；</p><p>　　2) 可實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的動(dòng)態(tài)跟蹤，提高系統(tǒng)的利用效率。</p><p>　　采用擾動(dòng)觀測(cè)法 P&O 的缺點(diǎn)：不能準(zhǔn)確找到最大功率點(diǎn)，只能在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行。</p><p>　　采用擾動(dòng)法不可避免的是能量的損失。該方法不能準(zhǔn)確的找到最大

76、功率點(diǎn)，只能在其附近振蕩，振蕩就會(huì)耗費(fèi)能量，當(dāng)外界環(huán)境劇變時(shí)，損失會(huì)更大。因此，在使用此方法時(shí)擾動(dòng)幅度需做合理的選擇。</p><p>　　3．3．2導(dǎo)納法分析</p><p>　　采用導(dǎo)納增量法的優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　1) 控制效果好；</b></p><p>　　2) 控制穩(wěn)定度高，能準(zhǔn)確快速的找到最大

77、功率點(diǎn)，與系統(tǒng)的其他組件參數(shù)無(wú)關(guān)。能獨(dú)立的進(jìn)行設(shè)定。</p><p>　　采用導(dǎo)納增量法的缺點(diǎn)：</p><p>　　1) 控制算法較復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)本身的要求較高；</p><p>　　2) 控制電壓初始化參數(shù)對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的跟蹤性能有較大影響，若設(shè)置不當(dāng)則可能產(chǎn)生較大的功率損失。</p><p>　　爬山法和導(dǎo)納增量法的基本思想比較一致

78、。不同的是數(shù)學(xué)判斷式和推理方法的區(qū)別。在具體選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求和氣候環(huán)境因素要判斷。</p><p><b>　　3．4 小結(jié)</b></p><p>　　關(guān)于最大功率點(diǎn)跟蹤的研究已快速發(fā)展，本文只是粗略介紹了兩種方法，寫(xiě)出了它們的原理，參數(shù)仿真，得到的基本結(jié)論。當(dāng)然也存在許多瑕疵，隨著時(shí)代的發(fā)展，關(guān)于這兩種方法的改進(jìn)策略必定應(yīng)運(yùn)而生。

79、第四章 自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控制法</p><p>　　4．1 模糊控制的基本原理</p><p>　　模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)最核心的環(huán)節(jié)[11]，是它不同于其它控制器的主要器件。如圖3.1所示是模糊控制器的主要模塊。圖中所示的是最簡(jiǎn)單的一種模糊控制器，也是其他復(fù)雜控制器的基本框架。</p><p><b>　　圖4.1模糊控制器</b>

80、</p><p>　　4．2模糊控制規(guī)則庫(kù)的建立</p><p>　　模糊控制規(guī)則庫(kù)的建立核心是確定語(yǔ)言控制規(guī)則。規(guī)則的建立要根據(jù)輸出量和控制精度的要求而定，需要明確的是：隨著規(guī)則數(shù)目的提高，模糊控制的質(zhì)量就會(huì)下降。當(dāng)前常用的模糊控制規(guī)則有四種生成方法：經(jīng)驗(yàn)法、根據(jù)過(guò)程的模糊性生成規(guī)則、根據(jù)手工操作系統(tǒng)的觀察生成控制規(guī)則、根據(jù)學(xué)習(xí)算法生成控制規(guī)則。比較常用和簡(jiǎn)單的是前三種方法，但控制精度較

81、差，第四種方法較復(fù)雜，同時(shí)其控制精度是最高的，目前這種方法還未完全成熟。</p><p><b>　　4．3模糊控制算法</b></p><p><b>　　4．3．1查表法</b></p><p>　　查表法是應(yīng)用最廣泛的模糊控制算法。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，快速，易學(xué)，它將控制規(guī)則和算法都以表格的形式列舉出來(lái)，方便查找。下圖是輸

82、入量e、ec及輸出量u的函數(shù)賦值表，如表4-3。如此對(duì)一組實(shí)際輸入的e、ec根據(jù)控制表就可以查出控制量u來(lái)。但是當(dāng)實(shí)際應(yīng)用中要改變控制規(guī)則或函數(shù)算法時(shí)，表格的數(shù)據(jù)就需重新計(jì)算，這是限制查表法的主要因素。</p><p>　　表4-1輸入量E、EC的隸屬函數(shù)賦值表</p><p>　　表4-2模糊控制規(guī)則表</p><p><b>　　表4-3控制表<

83、/b></p><p>　　4．3．2軟件模糊推理法</p><p>　　這種方法的實(shí)現(xiàn)更可行，模糊控制的算法完全用軟件實(shí)現(xiàn)。輸入量的模糊化、模糊推理、模糊決策的過(guò)程全部在線操作。目前已有多種實(shí)現(xiàn)該功能的軟件，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:</p><p>　　(1)定義參量（輸入量、輸出量的模糊子集和相應(yīng)的函數(shù)）；</p><p>　　(2)定義

84、規(guī)則（模糊控制規(guī)則）；</p><p>　　(3)采集輸入量，并進(jìn)行模糊化;</p><p>　　(4)從控制規(guī)則表中找出相應(yīng)的規(guī)則，通過(guò)計(jì)算求出控制輸出量U的模糊集；</p><p>　　(5)用“最大隸屬度法”或“加權(quán)平均判決法”求出實(shí)際的u。</p><p>　　這種方法的優(yōu)點(diǎn)是靈活，通用，但是在進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算時(shí)，計(jì)算機(jī)速度較慢，不適宜對(duì)

85、控制要求較高的場(chǎng)合。</p><p>　　4．3．3 解析公式法</p><p>　　有些文獻(xiàn)資料也將模糊控制中的控制規(guī)則用解析式描述，通常一般表達(dá)式為：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　其中:a為修正因子，取值在0和l之間，其中最簡(jiǎn)單的算法控制規(guī)則為:</p><

86、p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　根據(jù)被控對(duì)象的不同還可采用如下表達(dá)式：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　<X>表示一個(gè)與X同號(hào)，而絕對(duì)值大于X的最小整數(shù)。這種方法簡(jiǎn)單易行，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但a的取值需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況而選定。</p>

87、<p>　　4．4 自適應(yīng)占空比法</p><p>　　4．4．1 自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控制法</p><p>　　通過(guò)上文的研究我發(fā)現(xiàn)可以在常規(guī)的爬山法的基礎(chǔ)上提出一種自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控制的MPPT控制算法[7]。常規(guī)的爬山法的原理是給輸出電壓一個(gè)擾動(dòng)（電壓增量），通過(guò)計(jì)算功率的大小變化，找到功率的改變方向，然而其最大的缺點(diǎn)就是存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度達(dá)不到協(xié)調(diào)的矛盾,自適應(yīng)

88、占空比擾動(dòng)模糊控制法就可以很好的解決上述矛盾[7]。</p><p>　　4．4．2 算法的思路</p><p>　　圖4.2 光伏電池P-V曲線</p><p>　　如圖4-2所示，首先將圖分為三個(gè)區(qū)域、、，明顯區(qū)斜率為正值，，區(qū)斜率為負(fù)值，最大功率點(diǎn)處斜率為零。當(dāng)光伏電池工作點(diǎn)在、兩區(qū)域時(shí),在實(shí)際系統(tǒng)中根據(jù)斜率確定其電壓擾動(dòng)值△V,當(dāng)K值確定后可以大致確定△V,

89、的大小，在、兩區(qū)域中K值較大，且VA > VB，可以適當(dāng)加一個(gè)較大的△V；當(dāng)工作在區(qū)域時(shí)，K值較小，因此，應(yīng)加一個(gè)較小的△V；快速找到電壓擾動(dòng)值間接上就是提高了最大功率點(diǎn)工作的速度。圖4-3為在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下建立的自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控制的仿真模型。</p><p>　　圖4.3占空比模糊控制模型</p><p>　　由圖可以看出，算法MPPT模塊，其輸入為PV

90、輸出電壓與電流，其輸出為boost電路占空比的參考電壓?？紤]到在大多數(shù)情況下，光伏電池經(jīng)過(guò)boost電路后將對(duì)蓄電池充電或者連接到逆變器的直流側(cè)，在相對(duì)較小的系統(tǒng)采樣時(shí)間內(nèi)，boost電路的輸出電壓變化很小，可視為恒定，故其負(fù)載在最大功率跟蹤實(shí)驗(yàn)中用一個(gè)恒壓源串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)模擬。</p><p>　　事實(shí)上，即使boost電路輸出電壓發(fā)生一定的變化，光伏電池仍然能夠保持最大功率跟蹤輸出。但是考慮到boost電路占

91、空比的限制，其輸出電壓不可能無(wú)限制上升，否則會(huì)導(dǎo)致占空比過(guò)大而失調(diào)。</p><p>　　運(yùn)行后可以得到波形圖4.4</p><p>　　圖4.4模糊控制輸出波形圖</p><p>　　可以發(fā)現(xiàn)，將模糊邏輯控制應(yīng)用于光伏電池最大功率點(diǎn)的跟蹤不僅跟蹤迅速，而且到達(dá)最大功率點(diǎn)后基本沒(méi)有波動(dòng)，即具有良好的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能。此外，參數(shù)的計(jì)算方法也沒(méi)有前述的擾動(dòng)法和導(dǎo)納法那么繁瑣

92、。并且模糊控制技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，它的實(shí)現(xiàn)并不復(fù)雜。由此可見(jiàn)，將模糊邏輯技術(shù)應(yīng)用于最大功率點(diǎn)跟蹤控制是可行的，并取得了良好的控制性性能。</p><p><b>　　4．5小結(jié)</b></p><p>　　光伏陣列的輸出特性明顯的非線性性質(zhì)。輸出受外界環(huán)境影響大。 如何盡可能的提高太陽(yáng)能的效率，專(zhuān)家學(xué)者在理論上和實(shí)踐上提出了光伏電池陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤這一課題。太陽(yáng)能的

93、廣泛利用前景更加速了人們對(duì)這一課題的突破，相信在不久的將來(lái)這一問(wèn)題終將被人攻克。</p><p>　　本章中在爬山法和導(dǎo)納法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的，具有在線參數(shù)調(diào)整功能的自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控制法。能夠保證動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能的同時(shí)又提高了跟蹤速度，當(dāng)然隨著科技的發(fā)展，當(dāng)前的技術(shù)以及新的技術(shù)都將得到長(zhǎng)足的發(fā)展。 </p><p>　　第五章 總結(jié)與展望</p><p&g

94、t;<b>　　5．1總結(jié)</b></p><p>　　隨著能源危機(jī)的日益臨近，人們也加快了研究太陽(yáng)能的步伐。地球所接受到的有效地太陽(yáng)能，雖然僅僅只占太陽(yáng)表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，但是這些能量相當(dāng)于全球所需總能量的3～4萬(wàn)倍，可謂取之不盡、用之不竭。而且電能是目前世界上使用最廣泛的能源利用形式，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能無(wú)疑是利用太陽(yáng)能的一種最有效途徑。目前對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究課題很多，

95、其主要都集中在如何提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本這兩個(gè)問(wèn)題上。</p><p>　　總結(jié)前文，本文首先介紹了光伏電池的輸出特性方程，運(yùn)用MATLAB／SIMULINK建立光伏電池模型，利用仿真結(jié)果對(duì)光伏電池的輸出特性，以及輸出電壓、電流與電池表面溫度、光照強(qiáng)度等外界因素之間的關(guān)系作詳細(xì)地分析說(shuō)明。在此基礎(chǔ)上提出了最大功率點(diǎn)跟蹤的基本原理與現(xiàn)實(shí)意義，介紹了現(xiàn)有的幾種比較常用的MPPT算法的基本工作原理，包括恒壓法和爬山法，

96、并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明。在爬山法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的、具有在線參數(shù)調(diào)整功能的自適應(yīng)的占空比擾動(dòng)模糊控制法。</p><p><b>　　5．2展望</b></p><p>　　本論文設(shè)計(jì)的光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)仿真模型雖然達(dá)到了基本性能要求，但仍存在許多不足之處有待進(jìn)一步完善之處。</p><p>　　占空比模糊控制法的仿真圖過(guò)于凌亂復(fù)

97、雜，經(jīng)常因?yàn)楦蓴_造成報(bào)錯(cuò)情況，對(duì)設(shè)計(jì)的進(jìn)度有很大的影響。</p><p>　　限于時(shí)間原因未能將原理進(jìn)行相關(guān)的實(shí)物演示研究，也未運(yùn)用到實(shí)際光伏電池中去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　3．此控制方法可運(yùn)用現(xiàn)代控制理論再進(jìn)一步完善，以達(dá)到更準(zhǔn)確迅速跟蹤到最大功率點(diǎn)的效果。</p><p>　　4.本文未提及如何集成運(yùn)用光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤的各種方法。未來(lái)光伏發(fā)電系統(tǒng)的

98、趨勢(shì)必將采用多種跟蹤方法相結(jié)合的方法，本文未闡述這一趨勢(shì)，略顯不足。</p><p>　　總之，今后太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展必將日新月異，在提高太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換效率、與市電的并聯(lián)發(fā)電、對(duì)供電系統(tǒng)作監(jiān)控保護(hù)等方面還有許多問(wèn)題有待研究。太陽(yáng)能發(fā)電的前景無(wú)疑是非常令人期待的的。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　時(shí)光飛逝，光陰似箭

99、。馬上就要離開(kāi)自己生活學(xué)習(xí)4年的母校了，還記得4年前剛邁進(jìn)江漢大學(xué)時(shí)的情景，一切就像發(fā)生在昨天。真的要離開(kāi)了，真的舍不得阿，一路走來(lái)，停下來(lái)回頭看看，自己要感謝的人太多了。</p><p>　　在我的畢業(yè)論文研究期間，得到了許多老師和同學(xué)的幫助，在此一并表示感謝。首先要感謝我的導(dǎo)師周榮政副教授，他不僅在我的畢業(yè)論文方面給了我很大的幫助，給了很多專(zhuān)業(yè)方面的建議，他還傳授很多關(guān)于做人、做事方面的建議，給了我很多的啟發(fā)

100、，這讓我終身受用。正是他的悉心指導(dǎo)和專(zhuān)業(yè)上的支持，才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利進(jìn)行。周老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和淵博的知識(shí)讓我在學(xué)業(yè)上獲益匪淺。從課題的選擇到論文的最終完成，周老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此，謹(jǐn)向周老師表示衷心的感謝！此外，我還要感謝測(cè)控專(zhuān)業(yè)的同學(xué)給予我的幫助和支持，直至論文的最終順利完成。對(duì)于一個(gè)MATLAB初學(xué)者，剛開(kāi)始對(duì)于軟件是一竅不通，正是在老師和同學(xué)的指導(dǎo)幫助下，不斷地摸索，學(xué)習(xí)，提高，最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的

101、要求，按照畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求采用了現(xiàn)階段比較先進(jìn)的模糊控制法來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率跟蹤，這對(duì)于我來(lái)說(shuō)是一種鍛煉，這讓我找到了對(duì)未來(lái)學(xué)習(xí)工作一種正確的態(tài)度。在此再次感謝我的指導(dǎo)老師周榮政副教授和08測(cè)控班的全體同學(xué)！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 葉青松. 應(yīng)用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)MATLAB與其它高級(jí)語(yǔ)言的混合編程[J].常州信息職業(yè)

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