【正文】 在大學階段，我在學習上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。 （ 2） 本文介紹了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及分類，詳細闡述了太陽能光伏發(fā)電原理，并分析太陽能電池的輸出特性，介紹了最大功率點跟蹤原理和跟蹤策略，比較了幾種常用的最大功率點跟蹤方法，并詳細介紹了本文采用的電導(dǎo)增量法。由圖 415 和圖 413 分析可知， MPPT 控制器模塊可通過改變其輸出值 Vref 使得光伏陣列快速達到最大功率輸出，這說明 MPPT 控制器模塊實 現(xiàn)了其最大功率點跟蹤控制的功能。 仿真系統(tǒng)圖如圖 410 所示。 Signal type(信號類型 )triangle（三角波） Duty cycle(占空比 )50% Maximum output level(最大輸出電平 )1 Minimum output level(最小輸出電平 )0 圖 48 比較器模塊圖 （ 5） 溫度調(diào)節(jié)模塊 通過調(diào)節(jié)溫度 T 的大小控制光伏電池溫度，以觀察溫度對光伏電池輸出參數(shù)的影響狀況。通過輸入時間大小控制輸出的光照強度。 圖 45 MPPT 模塊圖 在參數(shù)（ Parameters）設(shè)置中，定義對 MPPT 模塊的動作標志。 當前新版的 PSACD 不但有工作站版，而且有微機版，其大規(guī)模的計算容量、完整而準確的元件模型庫、穩(wěn)定高效率的計算內(nèi)核、友好的界面和良好的開放性等特點，已經(jīng)被世界各國的科研機構(gòu)、大學和電氣工程師所廣泛采用。 4 仿真實驗 PSCAD 仿真軟件介紹 PSCAD 是一種世界各國廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件，用戶可以在面板上構(gòu)造電氣連接圖，輸入各元件的參數(shù)值，運行時通過 FORTRAN 編譯器進行編譯、連接，運行的結(jié)果可以隨著程序運行的進度在 PLOT 中實時生成曲線，以檢驗運算結(jié)果是否合理，并能與 MATLAB 接口。 有關(guān) PWM 的介紹 如圖 311所描述的那樣， MPPT控制器輸出一信號控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷， 從而實現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出。在相對足夠小的系統(tǒng)采樣時間內(nèi)， BOOST 電路輸出電壓變化很小，這里視為恒定。 +U Si LDTLD 1CI OR+U 0 圖 38 Boost 變換器電路拓撲結(jié)構(gòu)圖 Boost 變換器控制過程 [9]如下： 當圖 38 中開關(guān)管 T 在導(dǎo)通時， Boost 電路等效電路如圖 39（ a）所示。 ③ BuckBoost 型變換器：輸出電壓可以在很寬的范圍內(nèi)工作，可以得到高壓或低于輸入電壓的輸出電壓，即要求輸出電壓一定的情況下，允許輸入電壓有較大的變化范圍。考慮光伏電池的瞬時輸出功率為 P=UI （ 33） 將式（ 33）兩邊對光伏電池的輸出電壓 U 求導(dǎo)，則 UdUdIIdUdP ?? （ 34） 當 dP/dU=0 時，光伏電池的輸出功率達到最大。 光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用模糊邏輯控制方法控制流程圖如圖 35 所示。針對這樣的非線性系統(tǒng)，使用模糊邏輯控制 [7]（ fuzzy logic control）方法進行控制，可以獲得比較理想的效果。 當增大參考電壓 U（ U1=U+△ U）時，若 P1P，表明當前工作點位于最大功率點右側(cè)，此時系統(tǒng)應(yīng)采用減小參考電壓的擾動方式，即 U2=U1△ U，如圖 32b所示。 Observer algorithms,Pamp。 MPPT 算法的原理 最大功率點跟蹤（ MPPT）控制策略實時檢測光伏陣列的輸出功率，采用一定的控制算法預(yù)測當前工況下陣列可能的最大功率輸出，通過改變當前的阻抗情 況來滿足最大功率輸出的要求。 123I L / AU L1 51 05 2 0溫 度 增 加 ， 電 流 增 加溫 度 降 低 ， 電 壓 增 加PU L溫 度 降 低 圖 26 溫度對光伏電池輸出參數(shù)的影響 圖 26 為保持光照強度不變，光伏陣列的輸出隨電池溫度和負載變化的 ILUL和 PUL 曲線族。 光照強度、溫度對光伏電池輸出特性的影響 ILUL 的關(guān)系代表了光伏電池的外特性即輸出特性，這是光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計的主要基礎(chǔ)。它主要由電池的體電阻、表面電阻、電極導(dǎo)體電阻、電極與硅表面間接接觸電阻和金屬導(dǎo)體電阻等組成。無光照下的硅型光伏電池的基本行為特性就類似于一個普通二極管。 I S CI DR s hR sR LI L 圖 21 光伏電池的等效電路圖 其中， RL 為電池的外負載電阻。 光伏電池的基本工作原理 太陽能是一種輻射能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能變換成為電能。 我國的光伏企業(yè)雖然弱小，但經(jīng)過努力已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，當前，對光伏企業(yè)的發(fā)展來說機遇和挑戰(zhàn)并存。 20xx 年光伏系統(tǒng)累計裝機容量僅 40MW，而 20xx 年深圳市已建成 870kW 光伏發(fā)電系統(tǒng)，是目前我國最大的城市光伏景觀工程。光伏發(fā)電在改善人民生活條件方面已發(fā)揮著重要作用，并將在 21 世紀可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮更大作用。 據(jù)測算，到 2050 年，即使全部太陽能發(fā)電供給全球用電，占地也不過全部海洋面積的 2． 3％或全部沙漠的 51． 4％。 (3)維護簡單，使用方便。 當今世界消耗石油、天然氣和煤炭的速度比大自然生成它們的速度要快一百萬倍，如果按照這個消耗速度，在幾十億年時間里所生成的礦物能源將在幾個世紀內(nèi)就被消耗掉。世界上約有二分之一的地區(qū)可以達到這個數(shù)值。全世界人們 一年 所用的各種能量之和也只有到達地球表面的太陽能的數(shù)萬分之一。 環(huán)境污染所帶來的最直接、最容易被人們所感受的后果就是使人類環(huán)境的質(zhì)量下降，影響人類的生活質(zhì)量、身體健康和生產(chǎn)活動。 按目前的消耗速度，我國的現(xiàn)有能源儲量至多可以使用 50 年。 太陽能電池性能和可靠性有了很大提高，成本和售價不斷下降，有經(jīng)濟效益的應(yīng)用范圍不斷擴大，市場迅速 發(fā)展，產(chǎn)業(yè)已達到規(guī)?；⒆詣踊A段。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 PSCAD simulation 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。 本文通過電力電子技術(shù)和控制技術(shù)實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電的最大功率跟蹤（ MPPT），本文采用了電導(dǎo)增量法跟蹤最大功率點。 以光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對象 ,以最大限度利用太陽能 為主要目標 ,展開了光伏發(fā)電系統(tǒng)效率最優(yōu)化的理論和實驗研究。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。光伏發(fā)電的競爭力越來越強?？梢?，礦物燃料并不是取之不盡的。 嚴重的環(huán)境污染還會造成社會問題。太陽能作為一種巨量可再生能源，利用太陽能的潛力是十分巨大的。雖然太陽能分布也具有一定的局限性，但與礦物能、水能和地熱能等相比仍可視為分布較廣的一種能源，稱得上具有分布較廣、到處都有的優(yōu)點。 太陽能的利用主要有光熱利用、光伏利用、光化學利用等三種形式。如遇風雨天，只需檢查太陽能電池表面是否被沾污、接線是否可靠、蓄電池電壓是否正常即可。另一方案是天上發(fā)電，早在 1980 年美國宇航局和能源部就提出在空間建設(shè)太陽能發(fā)電站的設(shè)想，準備在同步軌道上放一個長 10 公里、寬 5 公里的大平板，上面布滿光伏電池，這樣便可以提供 5 kW 電力。技術(shù)方面，經(jīng)過十多年的努力，我國光伏發(fā)電技術(shù)有了很大的發(fā)展，光伏電池技術(shù)不斷進步，與發(fā)達國家相比有差距，但差距在不斷縮小。 20xx年國內(nèi)光伏電池的生產(chǎn)能力約 20MW，但實際生產(chǎn)量僅僅為 4MW左右，占世界光伏電池實際生產(chǎn)量的 1％左右。 課題研究的內(nèi)容 本課題主要研究太陽能光伏 電池 最大功率點 跟蹤系統(tǒng)，通過控制負載端的占空比來調(diào)節(jié)負載，找到最大功率點。這個把太陽能（或其他光能）變換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，就叫做太陽能電池（光伏電池）。當 RL=0 時，所測得電流為電池的短路電流Isc。所謂暗電流指的是光伏電池在無光照時，由外電壓作用下 PN 結(jié)內(nèi)流過的單向電流。Rsh 為旁路電阻，一般為幾千歐姆。光照強度（ S）和溫度（ T）是確定光伏電池輸出特性的兩個主要參數(shù)[3]。由該曲線族可以看到開路電壓 UOC 線性的隨溫度變化，短路電流 ISC 隨溫度有微弱的變化。這樣即使光伏電池的結(jié)溫升高使得列陣的輸出功率減少，系統(tǒng)仍然可以運行在當前工況下的最佳狀態(tài)。O）是目前實現(xiàn) MPPT 常用的自尋優(yōu)類方法之一。 當減小參考電壓 U（ U1=U△ U）時，若 P1P，表明當前工作點位于最大功率點右側(cè)，此時系統(tǒng)應(yīng)保持減小參考電壓的擾動方式，即 U2=U1△ U，如圖 32c所示。 引入模糊控制，首先應(yīng)當確定模糊邏輯控制器的輸入和輸出變量。 圖 35 光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用模糊邏輯控制方法控制流程圖 電導(dǎo)增量法 電導(dǎo)增量法 [8]（ Incremental Conductance， INC）也是 MPPT 控制常用的算法之一。則可以推導(dǎo)出工作點位于最大功率點時需滿足以下關(guān)系： UIdUdI ?? （ 35） 實際中以△ I/△ U 近似代替 dI/dU,則使用電導(dǎo)增量法進行最大功率點跟蹤時判據(jù)如下： △ I/△ U I/U 最大功率點左邊 △ I/△ U = I/U 最大功率點 △ I/△ U I/U 最大功率點右邊 定步長電導(dǎo)增量法流程圖如圖 37 所示 . 圖 37 定步長電導(dǎo)增量法流程圖 其中△ U 為每次系統(tǒng)調(diào)整工作點時固定的電壓改變量（步長）， Uref 為下一工作點電壓。 ④ C 電源只向電感供電，在電感線圈未飽和前，電流 iL 線性增加，電能以磁能形式儲存在電感線圈 L 中，此時負載 R 供電靠電容 C 放電， R 上流過電流 IO， R 兩端輸出電壓 UO 的極性為上正下負。故由式（ 36）有 US=（ 1D） UO (37) 在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中， BOOST 電路的輸入 US 即為光伏陣列的輸出電壓 Vin，輸出連接的是逆變器的直流側(cè)?？刂崎_關(guān)管的信號稱為 PWM 信號。 PSCAD 主要功能是進行電力系統(tǒng)時域和頻域計算仿真，典型應(yīng)用是計算電力系統(tǒng)遭受擾動或參數(shù)變化時，電參數(shù)隨時間 變化的規(guī)律；另外 PSCAD 還可以廣泛的應(yīng)用于高壓直流輸電、 FACTS 控制器的設(shè)計、電力系統(tǒng)諧波分析及電力電子仿真 [12]。 基于 PSCAD 的光伏陣列 MPPT 的仿真 仿真模塊的建立 （ 1） MPPT 模塊 首先通過調(diào)用“元件向?qū)А眮硗瓿?MPPT 模型外觀的定義。這里我們僅定義了 Opencircuit Voltage (開路電壓 )22V。時間在 0~2S 時， S=；時間在 2~3S 時，S= KW/m2；時間在 3~4S 時， S=1 KW/m2。其模塊圖如圖 49 所示。 圖 410 仿真系統(tǒng)圖 根據(jù)圖 410 的仿真系統(tǒng)圖，在初始溫度為 25176。 在比較器模塊中，波形發(fā)生器產(chǎn)生三角波，如圖 416 所示，占空比為 50%。 （ 3） 建立了整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型。 寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學習生活的開始。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 通過這一階段 的努力，我的畢業(yè)論文《 光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤控制策略的研究 》終于完成了，這意味著大學生活即將結(jié)束。而在太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域中如何通過最大功率點跟蹤控制進一步提高太陽能電池的利用效率是當今研究的熱點問題，也是本文討論的重點問題。光伏陣列的輸出功率隨著 Vref 的變化，在 左右的達到最大功率點，如圖 413 所示。 MPPT 模塊輸出參考電壓 Vref 與調(diào)制波進行比較生成 PWM 控制信號，該控制信號去驅(qū)動 IGBT 開關(guān)管動作，從而調(diào)整光伏電池的輸出電壓和電流，使其工作在最大功率點。 波形發(fā)生器參數(shù)設(shè)置： Freq