【正文】 在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)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(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。 （ 2） 本文介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及分類，詳細(xì)闡述了太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理，并分析太陽(yáng)能電池的輸出特性，介紹了最大功率點(diǎn)跟蹤原理和跟蹤策略，比較了幾種常用的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，并詳細(xì)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(guò)改變其輸出值 Vref 使得光伏陣列快速達(dá)到最大功率輸出，這說(shuō)明 MPPT 控制器模塊實(shí) 現(xiàn)了其最大功率點(diǎn)跟蹤控制的功能。 仿真系統(tǒng)圖如圖 410 所示。 Signal type(信號(hào)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(guò)調(diào)節(jié)溫度 T 的大小控制光伏電池溫度，以觀察溫度對(duì)光伏電池輸出參數(shù)的影響狀況。通過(guò)輸入時(shí)間大小控制輸出的光照強(qiáng)度。 圖 45 MPPT 模塊圖 在參數(shù)（ Parameters）設(shè)置中，定義對(duì) MPPT 模塊的動(dòng)作標(biāo)志。 當(dāng)前新版的 PSACD 不但有工作站版，而且有微機(jī)版，其大規(guī)模的計(jì)算容量、完整而準(zhǔn)確的元件模型庫(kù)、穩(wěn)定高效率的計(jì)算內(nèi)核、友好的界面和良好的開放性等特點(diǎn)，已經(jīng)被世界各國(guó)的科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)和電氣工程師所廣泛采用。 4 仿真實(shí)驗(yàn) PSCAD 仿真軟件介紹 PSCAD 是一種世界各國(guó)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(yùn)行時(shí)通過(guò) FORTRAN 編譯器進(jìn)行編譯、連接，運(yùn)行的結(jié)果可以隨著程序運(yùn)行的進(jìn)度在 PLOT 中實(shí)時(shí)生成曲線，以檢驗(yàn)運(yùn)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(hào)控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷， 從而實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出。在相對(duì)足夠小的系統(tǒng)采樣時(shí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 Boost 變換器控制過(guò)程 [9]如下： 當(dāng)圖 38 中開關(guān)管 T 在導(dǎo)通時(shí)， 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?？紤]光伏電池的瞬時(shí)輸出功率為 P=UI （ 33） 將式（ 33）兩邊對(duì)光伏電池的輸出電壓 U 求導(dǎo)，則 UdUdIIdUdP ?? （ 34） 當(dāng) dP/dU=0 時(shí)，光伏電池的輸出功率達(dá)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(duì)這樣的非線性系統(tǒng)，使用模糊邏輯控制 [7]（ fuzzy logic control）方法進(jìn)行控制，可以獲得比較理想的效果。 當(dāng)增大參考電壓 U（ U1=U+△ U）時(shí)，若 P1P，表明當(dāng)前工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)右側(cè)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)采用減小參考電壓的擾動(dòng)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(diǎn)跟蹤（ MPPT）控制策略實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏陣列的輸出功率，采用一定的控制算法預(yù)測(cè)當(dāng)前工況下陣列可能的最大功率輸出，通過(guò)改變當(dāng)前的阻抗情 況來(lái)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(duì)光伏電池輸出參數(shù)的影響 圖 26 為保持光照強(qiáng)度不變，光伏陣列的輸出隨電池溫度和負(fù)載變化的 ILUL和 PUL 曲線族。 光照強(qiáng)度、溫度對(duì)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(jì)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(wú)光照下的硅型光伏電池的基本行為特性就類似于一個(gè)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(fù)載電阻。 光伏電池的基本工作原理 太陽(yáng)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(guó)的光伏企業(yè)雖然弱小，但經(jīng)過(guò)努力已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，當(dāng)前，對(duì)光伏企業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。 20xx 年光伏系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量?jī)H 40MW，而 20xx 年深圳市已建成 870kW 光伏發(fā)電系統(tǒng)，是目前我國(guó)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(jì)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮更大作用。 據(jù)測(cè)算，到 2050 年，即使全部太陽(yáng)能發(fā)電供給全球用電，占地也不過(guò)全部海洋面積的 2． 3％或全部沙漠的 51． 4％。 (3)維護(hù)簡(jiǎn)單，使用方便。 當(dāng)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(wàn)倍，如果按照這個(gè)消耗速度，在幾十億年時(shí)間里所生成的礦物能源將在幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)就被消耗掉。世界上約有二分之一的地區(qū)可以達(dá)到這個(gè)數(shù)值。全世界人們 一年 所用的各種能量之和也只有到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能的數(shù)萬(wàn)分之一。 環(huán)境污染所帶來(lái)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(dòng)。 按目前的消耗速度，我國(guó)的現(xiàn)有能源儲(chǔ)量至多可以使用 50 年。 太陽(yáng)能電池性能和可靠性有了很大提高，成本和售價(jià)不斷下降，有經(jīng)濟(jì)效益的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)迅速 發(fā)展，產(chǎn)業(yè)已達(dá)到規(guī)?；⒆詣?dòng)化階段。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)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(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 本文通過(guò)電力電子技術(shù)和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(diǎn)。 以光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象 ,以最大限度利用太陽(yáng)能 為主要目標(biāo) ,展開了光伏發(fā)電系統(tǒng)效率最優(yōu)化的理論和實(shí)驗(yàn)研究。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)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(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)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(xué)位論文。光伏發(fā)電的競(jìng)爭(zhēng)力越來(lái)越強(qiáng)?？梢姡V物燃料并不是取之不盡的。 嚴(yán)重的環(huán)境污染還會(huì)造成社會(huì)問(wèn)題。太陽(yáng)能作為一種巨量可再生能源，利用太陽(yáng)能的潛力是十分巨大的。雖然太陽(yáng)能分布也具有一定的局限性，但與礦物能、水能和地?zé)崮艿认啾热钥梢暈榉植驾^廣的一種能源，稱得上具有分布較廣、到處都有的優(yōu)點(diǎn)。 太陽(yáng)能的利用主要有光熱利用、光伏利用、光化學(xué)利用等三種形式。如遇風(fēng)雨天，只需檢查太陽(yáng)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(guó)宇航局和能源部就提出在空間建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電站的設(shè)想，準(zhǔn)備在同步軌道上放一個(gè)長(zhǎng) 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(guò)十多年的努力，我國(guó)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(jìn)步，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有差距，但差距在不斷縮小。 20xx年國(guó)內(nèi)光伏電池的生產(chǎn)能力約 20MW，但實(shí)際生產(chǎn)量?jī)H僅為 4MW左右，占世界光伏電池實(shí)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(yáng)能光伏 電池 最大功率點(diǎn) 跟蹤系統(tǒng)，通過(guò)控制負(fù)載端的占空比來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載，找到最大功率點(diǎn)。這個(gè)把太陽(yáng)能（或其他光能）變換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，就叫做太陽(yáng)能電池（光伏電池）。當(dāng) RL=0 時(shí)，所測(cè)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(wú)光照時(shí)，由外電壓作用下 PN 結(jié)內(nèi)流過(guò)的單向電流。Rsh 為旁路電阻，一般為幾千歐姆。光照強(qiáng)度（ S）和溫度（ T）是確定光伏電池輸出特性的兩個(gè)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(yùn)行在當(dāng)前工況下的最佳狀態(tài)。O）是目前實(shí)現(xiàn) MPPT 常用的自尋優(yōu)類方法之一。 當(dāng)減小參考電壓 U（ U1=U△ U）時(shí)，若 P1P，表明當(dāng)前工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)右側(cè)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)保持減小參考電壓的擾動(dòng)方式，即 U2=U1△ U，如圖 32c所示。 引入模糊控制，首先應(yīng)當(dāng)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(diǎn)位于最大功率點(diǎn)時(shí)需滿足以下關(guān)系： UIdUdI ?? （ 35） 實(shí)際中以△ I/△ U 近似代替 dI/dU,則使用電導(dǎo)增量法進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)判據(jù)如下： △ I/△ U I/U 最大功率點(diǎn)左邊 △ I/△ U = I/U 最大功率點(diǎn) △ I/△ U I/U 最大功率點(diǎn)右邊 定步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法流程圖如圖 37 所示 . 圖 37 定步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法流程圖 其中△ U 為每次系統(tǒng)調(diào)整工作點(diǎn)時(shí)固定的電壓改變量（步長(zhǎng)）， Uref 為下一工作點(diǎn)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(chǔ)存在電感線圈 L 中，此時(shí)負(fù)載 R 供電靠電容 C 放電， R 上流過(guò)電流 IO， R 兩端輸出電壓 UO 的極性為上正下負(fù)。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(hào)稱為 PWM 信號(hào)。 PSCAD 主要功能是進(jìn)行電力系統(tǒng)時(shí)域和頻域計(jì)算仿真，典型應(yīng)用是計(jì)算電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí)，電參數(shù)隨時(shí)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(jì)、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(guò)調(diào)用“元件向?qū)А眮?lái)完成 MPPT 模型外觀的定義。這里我們僅定義了 Opencircuit Voltage (開路電壓 )22V。時(shí)間在 0~2S 時(shí)， S=；時(shí)間在 2~3S 時(shí)，S= KW/m2；時(shí)間在 3~4S 時(shí)， 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(gè)太陽(yáng)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(xué)習(xí)的過(guò)程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)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(lái)越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 通過(guò)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(diǎn)跟蹤控制策略的研究 》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。而在太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域中如何通過(guò)最大功率點(diǎn)跟蹤控制進(jìn)一步提高太陽(yáng)能電池的利用效率是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，也是本文討論的重點(diǎn)問(wèn)題。光伏陣列的輸出功率隨著 Vref 的變化，在 左右的達(dá)到最大功率點(diǎn)，如圖 413 所示。 MPPT 模塊輸出參考電壓 Vref 與調(diào)制波進(jìn)行比較生成 PWM 控制信號(hào)，該控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng) IGBT 開關(guān)管動(dòng)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(diǎn)。 波形發(fā)生器參數(shù)設(shè)置： Freq