【正文】 變化的角度，來推導(dǎo)系統(tǒng)工作于最大功率點時的電導(dǎo)和電導(dǎo)變化率之間的關(guān)系，從而提出的 MPPT 算法。電導(dǎo)增量法的控制流 程圖如圖 45 所示。 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 24 第五章 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的研究 光伏發(fā)電并網(wǎng)的必要性 與孤立運行的的太陽能光伏電站相比，并入大電網(wǎng)可以給太陽能光伏發(fā)電帶來諸多好處。而光伏陣列的輸出電流是直流電，因此必須要有相應(yīng)的DCDC 變換和 DCAC 變換。因 此，將光伏陣列發(fā)出的電能輸送到電網(wǎng)是具有十分重要的意義。 05 01 0 01 5 00 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1時 間 t / s功率P/W081 60 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1時 間 t / s電壓U/V2 01 24 (a)系統(tǒng)輸入、輸出功率 (b)光伏陣列輸出電壓0480 .0 2 0 .0 4 0 .0 6 0 .0 8 0 .1時 間 t/s電流I/A6202 04 00 .0 2 0 .0 4 0 .0 6 0 .0 8 0 .1時 間 t/s電流I/A3 01 0 (c)光伏陣列輸出電流 (d) Boost 變換器輸出電壓 圖 47 標準狀況下光伏系統(tǒng) MPPT 仿真結(jié)果 圖中系統(tǒng)輸入功率和輸出功率分別表示光伏陣列的輸出功率和負載上的功 率。電導(dǎo)增量法控制精確，響應(yīng)速度比較快，適應(yīng)于大氣條件變化較快的場合。 缺點為： ④ 只能在光伏陣列最大功率點附近振蕩運行，導(dǎo)致一定功率損失； ⑤ 跟蹤步長對跟蹤精度和響應(yīng)速度無法兼顧； ⑥ 在特定情況下會出現(xiàn)判斷錯誤情況。而且穩(wěn)態(tài)情況下，這 種算法會導(dǎo)致光伏陣列的實際工作點在最大功率點附近小幅震蕩，因此會造成一定的功率損失；而光照發(fā)生快速變化時，跟蹤算法可能會失效，判斷得到錯誤的跟蹤方向。實際應(yīng)用中，一般可以先采用恒定電壓法來快速的接近最大功率點附近，再結(jié)合其他算法進一步搜索較為精確的最大功率點。其中，前三種方法在實際應(yīng)用中較為常見，本章節(jié)主要介紹該三種算法。這樣就可以在光伏發(fā)電系統(tǒng)因結(jié)溫升高而使得陣列輸出功率降低時，仍可以保證整個系統(tǒng)在當前工況下運行于最佳的匹配狀態(tài)。 C5 0 186。 2/1000 mW2/800 mW2/600 mW2/400 mW功 率P / W電 壓 U / V 圖 35 不同光照強度下的 PV 曲線 由圖 35可以看出，在一定的溫度下，隨著太陽光照強度的增加，太陽能 電 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 16 池板輸出的功率也在增加。 shR 為并聯(lián)電阻，是電池邊緣漏電或者耗盡區(qū)內(nèi)的復(fù)合電流引起的。當接外電路時，便有電能輸出。所謂光生伏打效應(yīng)，簡單地說，就是當物體受到光照時，其體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。 3． 有機半導(dǎo)體太陽能電池 指用含有一定數(shù)量的碳一碳鍵且導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體 材料制成的太陽能電池。 太陽能電池的分類 太陽能電池多為半導(dǎo)體材料制造，發(fā)展至今，己經(jīng)種類繁多，形式多樣。 3． 發(fā)電運行受氣候環(huán)境因素影響大 光伏發(fā)電源直接來源于太陽照射，而地球表面的太陽照射受氣候的影響時有時無。左右。其最大的特點就是，系統(tǒng)中除了光伏發(fā)電，還有其它形式的發(fā)電系統(tǒng)。同時，還可以根據(jù)負載的類型，選擇是否加入逆變器。整個光伏發(fā)電系統(tǒng)都是由以下幾個部分構(gòu)成：光伏電池陣列、控制器、電能變換裝置和電能儲存裝置。 太陽能控制器：太陽能控制器的基本作用是為蓄電 池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長 蓄電池的使用壽命 。 本文主要工作 1． 緒論部分，闡述了課題背景與選題意義，主要包括能源短缺、環(huán)境污染及太陽能光伏發(fā)電的諸多 優(yōu)點三大方面；其次分別介紹了國內(nèi)外光伏發(fā)電技術(shù)的研究。 20xx 年，波音子公司 Spectrolab 研發(fā)出轉(zhuǎn)換率 41％的砷化鎵太陽能 20xx 年，美國麻 省理工學(xué)院 (MIT)研究人員采用了聚合物涂層來改變其性能，在表面覆蓋一層氧化鋅納米線，然后覆蓋一層光感材料 (鉛硫化物量子點 )，研發(fā)出一種基于涂覆一層納米線的石墨烯薄片的新型太陽能電池。弗里茨 (Charles Fritts)開發(fā)出第一塊以硒材料為基礎(chǔ)的太陽能電池。 1970 年代初期，中東戰(zhàn)爭引發(fā)的能源危機開啟了太陽光發(fā)電系統(tǒng)地面應(yīng)用。 1955 年以色列的 Tabor 提出選擇性吸收表面概念和理論，并研制成功選擇性太陽吸收涂層。 目前，太陽能電池市場 85%的市場份額由晶體硅太陽能電池占據(jù)，其高昂的晶體硅價格制約了光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。 20世紀中期，超薄單晶硅光伏電池又被陸續(xù)開發(fā)出來； 1961 年至 1971 年間，光伏電池的研究側(cè)重于提高電池的抗輻射能力與降低電池的開發(fā)升本上，其技術(shù)上沒有得到顯著的改變與進步；在 1972 年至 1976 年間，空間用光伏電池被成功研發(fā)出來并得到了初步的應(yīng)用。 1839 年，法國著名物理學(xué)家安東尼一是利用地面上的沙漠和海洋面積進行發(fā)電，并通過超導(dǎo)電纜將全球太陽能發(fā)電 站連成統(tǒng)一電網(wǎng)以便向全球供電。 (4)清潔、安全、無噪聲。 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 2 2． 光伏發(fā)電的優(yōu)勢 太陽能的開發(fā)利用主要有光熱利用、光伏利用、光化學(xué)利用等三種形式。例如，由于化石燃料的燃燒，大氣中的顆粒物和二氧化流濃度增高，危及人類和其他生物的身體健康，同時還會腐蝕材料，給人類社會造成損失；工業(yè)廢水和生活污水的排放，使人體質(zhì)量惡化，危及水生生物的生存，給生態(tài)系統(tǒng)造成直接的破壞和影響。 本文主要是針對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT)與并網(wǎng)系統(tǒng)兩方面進行研究。 then, the article tells a simple introduction of photovoltaic cells and its properties, analyses the working principle of solar panels, it is concluded that the different environment and sunshine intensity of the solar cell output characteristic curve, the result proved that the nonlinear solar cells。隨著經(jīng)濟和貿(mào)易的全球化，環(huán)境污染也日益呈現(xiàn)國際化趨勢，近年來出現(xiàn)的危險廢物越境轉(zhuǎn)移問題就是這方面的突出表現(xiàn)。 (2)容易安裝運輸，建設(shè)周期短。晶體硅太陽能電池的壽命可以長達 20 至 35年，在光伏系統(tǒng)中，只要設(shè)計合理、選型適當，蓄電池的壽命可以達到 10 多年；太陽能幾乎無處不在，太陽能電池在中國大部分范圍內(nèi)都能作為獨立的電源。另一方案是天上發(fā)電。英國科學(xué)家威廉 中國光伏電池的主要產(chǎn)品是單晶硅電池、多晶硅電池和非晶硅電池。 鄒學(xué)毅提出將變結(jié)構(gòu)參數(shù)模糊控制應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng) MPPT 控制中，能夠快速響應(yīng) 外界條件的變化，在最大功率點無明顯的震蕩 ，具有較好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能；汪義旺針對常規(guī)模糊控制器在光伏發(fā)電最大功率點跟蹤 (MPPT)控制中存在的功率波動、控制精度低和自適應(yīng)性較差等問題，提出了一種基于變論域自適應(yīng)模糊控制器的光伏發(fā)電 MPPT 控制，該控制器能根據(jù)光伏發(fā)電輸出功率偏差的變化自動調(diào)整變量的論域，從而快速準確地跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點，提高了系統(tǒng) 的效率和穩(wěn)定性；白慧杰針對導(dǎo)納增量法在低光照情況下不易進行最大功率跟蹤的缺點，結(jié)合線性比例電流法提出了一種線性比例電流法結(jié)合導(dǎo)納增量法的控制策略；為了尋找更好的實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點追蹤控制方法，在分析已有最大功率追蹤方法的基礎(chǔ)上，趙立永提出了一種新型的 MPPT 跟蹤方法 —改進的電壓增 f 法，使最大功率跟蹤更快更準，并通過對后級并網(wǎng)逆變器的控制實現(xiàn)了低諧波含 f、高功率因數(shù)的并網(wǎng)要求；郭明明針對傳統(tǒng)光伏發(fā)電 DC/DC 變換器工作在硬開關(guān)狀態(tài)時，因開關(guān)損耗大、開關(guān)管所承受的電壓電流大等缺點導(dǎo)致的系統(tǒng)效率下降問題， 采用了一種軟開關(guān) Boost 變換器，其結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，大大減少了變換器工作中的開關(guān)損耗，并且降低了開關(guān)管所承受的壓降，從而提高了光伏發(fā)電傳輸效率；陳進美針對傳統(tǒng) MPPT 控制算法的缺點，提出了固定參數(shù)法與擾動觀察法相結(jié)合、固定參數(shù)法和電導(dǎo)增 t 法相結(jié)合、高斯法與擾動觀察法相結(jié)合的復(fù)合 MPPT 控制算法，較深入地探討了這些算法的優(yōu)點及詳細實現(xiàn)方案；光伏并網(wǎng)逆變器對光伏發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)特性具有決定性作用，因此獲得準確的光伏逆變器控制參數(shù)是分析光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)影響的基礎(chǔ)，沈欣煒提出了一種針對典型光伏并網(wǎng)逆變器雙環(huán)控制模 型的 dq軸參數(shù)解福辨識策略，并通過仿真算例比較了解福模型在不同噪聲水平下的辨識效果，分析了不同類型的擾動數(shù)據(jù)對辨識的影響規(guī)律，討論了濾波電感參數(shù)有偏差時對辨識結(jié)果的影響，最后通過參數(shù)適用性檢驗算例驗證了所提出辨識方法的有效性；為提高聚光光伏發(fā)電的太陽能利用率，孫環(huán)陽提出了一種環(huán)形軌道式光伏發(fā)電雙軸跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計方案， DSP 控制伺服電機的方法，利用空間電壓矢量脈寬調(diào)制 (SVPWM)技術(shù)，形成了閉環(huán)的位置伺服控制，通過 Simulink 進行了速度環(huán)仿真，結(jié)果表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有較好的靜態(tài)和動態(tài)特性。 1957 年硅太陽電池效率達 8％。 1975 年，非晶硅太陽電池問世，同年，電池效率達 6％。 1983 年美國建成１ MWp 光伏電站；冶金硅（外延）電池效率達 ％。當前國際上最新的研發(fā)熱點主要集中在低成本、高效率、高穩(wěn)定性的光伏器件和光伏建筑集成應(yīng)用系統(tǒng)等方面，并已取得了可喜的成果。 4． 最大功率點跟蹤，對最大功率點跟蹤技術(shù)的原理進行了簡單介紹，并對常規(guī)的跟蹤算法進行了論述，最后利用 MATLAB/Simulink 仿真軟件對 MPPT 進行了建模與仿真。 逆變器：逆變器的作用就是將太陽能電池陣列和蓄電池提供的低壓直流電逆變成 220V 交流電，供給交流負載使用。其特點是不和電網(wǎng)相連接，無電 地區(qū)和特殊領(lǐng)域的供電，測站等遠離電網(wǎng)的用電設(shè)備。按照電網(wǎng)接入點的不同可以分為輸電側(cè)和配電側(cè)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過合理的配置和設(shè)計，可以基本滿足負載的需求。目前，科學(xué)家們正在加緊研究，希望能大幅度提高光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換率。從沙子變成多晶硅和單晶硅要經(jīng)過多道化學(xué)和物理工序，其間，要消耗相當多的能量，這也是他們生產(chǎn)成本高的原因。其中，單晶硅太陽電池效率高、壽命長、性能優(yōu)良，但成 本高，而且限于單晶的尺寸，單片太陽電池面積難以做得很大。 此外，按照應(yīng)用還可將太陽能電池分為空間太陽能電池和地面太陽能電池兩 大類。這些電子和空穴應(yīng)有足夠的壽命，在它們被分離之前不會復(fù)合消失。它的值與太陽能電池的面積大小、光照強度、環(huán)境溫度成正比。由于 sR 和 shR 分別串聯(lián)和并聯(lián)在電路中，所以在進行理想的電路計算時，它們可以忽略不計，太陽能電池的電流方程可化為： }1])({ e x p [0 ???? A K TIRUqIII ssc (32) 當電路外接負載 接 LR 時，設(shè)太陽能電池輸出電流為 LI ，則輸出功率為： LA K TRIUqOscLL ReIIRIP sl ??????? 2)(2 ]}1[{ (33) 太陽能電池的 IV 特性 在特定的太陽光照強度和環(huán)境溫度下，由公式 33 可知，當外接電阻 R，從0 變化到無窮大時，可以得出太陽能電池負載特性曲線，曲線如圖 33 所示。 C5 0 186。在一定的光照強度下，隨著溫度的升高，太陽能電池板輸出的功率也會相應(yīng)地減小。此時如果保持負載 1 不變，光伏系統(tǒng)將會運行到a 點，這樣便會偏離新條件下的系統(tǒng)最大功率點 B。研究表明，光伏陣列的最大功率點電壓 Umpp。 擾動觀察法 擾動觀察法 (Perturbation and Observation Algorithm, Pamp。若果采用較大的步長進行“干擾”，這種跟蹤算法可以獲得較快的跟蹤速度，但達到穩(wěn)態(tài)后的精度相對較差，較小的步長則正好相反。 圖 44 給出了光伏陣列 PU 特性曲線以