【正文】 、地?zé)崮艿?，在開(kāi)發(fā)利用的過(guò)程中，也都存在著一些不能忽視的環(huán)境問(wèn)題。 太陽(yáng)能的光化學(xué)利用主要是指太陽(yáng)能光合作用、太陽(yáng)能化學(xué)儲(chǔ)存、太陽(yáng)能催化光解水制氫、太陽(yáng)能光電化學(xué)轉(zhuǎn)換等方面的新技術(shù)，其中令人看好的太陽(yáng)能制氫技術(shù)將可能是促進(jìn)人類大規(guī)模利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵技術(shù)之一。光伏發(fā)電本身不向外界排放廢物，沒(méi)有機(jī)械噪聲，是一種理想的能源。大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源，以資源無(wú)限、清潔干凈的可再生能源為主的多樣性的能源結(jié)構(gòu)代替以資源有限、污染嚴(yán)重的化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)己成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。 我國(guó)西部幅員遼闊、地廣人稀、負(fù)荷密度小，不利于常規(guī)電網(wǎng)的延伸。北京申辦 20xx 年奧運(yùn)會(huì)，提出了“綠色奧運(yùn)、人文奧運(yùn)、科技奧運(yùn)”的指導(dǎo)思想 20xx 年奧運(yùn)會(huì)是最成功的一屆奧運(yùn)會(huì)，光伏發(fā)電應(yīng)用擔(dān)當(dāng)一個(gè)重要的角色，在奧運(yùn)村和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館規(guī)劃中，太陽(yáng)能利用及光伏發(fā)電站的建設(shè)均占主要的地位。 然后是仿真模塊，本文通過(guò) PSCAD 仿真軟件來(lái)模擬最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)，會(huì)詳細(xì)介紹仿真的過(guò)程以及結(jié)果。所謂光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，其體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn) 生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。 Isc 值正比于光伏電池的面積和入射光的光照強(qiáng)度。 IL 為光伏電池輸出的負(fù)載電流。 光伏電池的特性曲線 光伏電池的電壓 電流關(guān)系曲線，簡(jiǎn)稱伏安特性曲線 [2]，如圖 22 所示。 光照強(qiáng)度對(duì)光伏電池輸出參數(shù)的影響如圖 25 所 示。其中所指的溫度應(yīng)為光伏陣列本體的溫度而非環(huán)境溫度。 假設(shè)圖 31 中曲線 1 和曲線 2 為兩種不同光照強(qiáng)度下光伏陣列的輸出曲線，A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)分別為相應(yīng)的最大功率輸出點(diǎn)；并假設(shè)某一時(shí)刻，系統(tǒng)運(yùn)行在 A 點(diǎn)。 對(duì)于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)而言，從觀測(cè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，擾動(dòng)觀測(cè)法又分為兩種：一種是基于并網(wǎng)逆變器輸入?yún)?shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法；另一種是基于并網(wǎng)逆變器輸出參數(shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法。 輸出功率標(biāo)幺值端 電 壓 標(biāo) 幺 值0 . 7 0 . 80 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 90 . 0 50 . 1 00 . 1 50 . 2 00 . 2 50 . 3 00 . 3 50 . 4 00 . 4 50 . 5 0PP 1P 2UU 1U 2Δ U( c )輸出功率標(biāo)幺值端 電 壓 標(biāo) 幺 值0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 90 . 0 50 . 1 00 . 1 50 . 2 00 . 2 50 . 3 00 . 3 50 . 4 00 . 4 50 . 5 0P 2PP 1U 2U 1UΔ U( d ) 圖 32 擾動(dòng)觀測(cè)法的 MPPT 過(guò)程示意圖 可見(jiàn)，擾動(dòng)觀測(cè)法就是按照?qǐng)D 32 所示的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行輸出電壓擾動(dòng)，并使其電壓不斷變化，使光伏電池輸出功率朝大的方向改變，直到工作點(diǎn)接近最大功率點(diǎn)。所以可定義模糊邏輯控制器的輸出變量為工作點(diǎn)電壓的校正值 dU。 根據(jù)擾動(dòng)觀測(cè)法的分析，表明，最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)質(zhì)上就是搜索滿足條件dP/dU=0 的工作點(diǎn)。 采用電導(dǎo)增量法的主要優(yōu)點(diǎn)是 MPPT 的控制穩(wěn)定度高，當(dāng)外部環(huán)境參數(shù)變化時(shí)，系統(tǒng)能平穩(wěn)地追蹤其變化，且與光伏電池的特性和參數(shù)無(wú)關(guān)。 考慮到 Boost 電路本身具有較高的效率，而且它能使直流測(cè)電壓配置更加靈活，因此，本文研究使用的光伏發(fā)電系統(tǒng)的前級(jí) DC/DC 電路采用的是 Boost 型變換器。U S+ U L Li LC+I OR+U 0U SLi L U L +C+I OR+U O （ a） (b) 圖 39 Boost 變換器電路改造控制過(guò)程圖 當(dāng)圖 38 中開(kāi)關(guān)管 T 關(guān)斷時(shí)， Boost 電路等效電路圖如圖 39（ b）所示。因要將直流電逆變到交流電網(wǎng)中，因此在逆變器直流側(cè)電壓， BOOST 電路輸出電壓 UO 需高于220 2 的峰值電壓，占空比 D 存在一個(gè)最小值 Dmin。不同的 PWM 控制策略對(duì)參考電壓的跟蹤能力是不一樣的 [11]。打開(kāi)軟件后，工作窗口中會(huì)自動(dòng)加載庫(kù)文件 ，雙擊可打開(kāi)，如圖 41 所示界面。在這里我們定義 MPPT 模塊有兩個(gè)輸入量：輸入電壓 Vin，輸入電流 Iin；一個(gè)輸出量 Vref，它通過(guò)和三角波比較產(chǎn)生 PWM 信號(hào)用以控制開(kāi)關(guān)管的占空比。 LOCAL REAL temp1,temp2,temp3,temp4,temp5,temp6,temp7 LOCAL REAL dV,dI,detaV,Vref0 IF (TIMEZERO) THEN temp1=$Voc temp2=0 Vref0= ENDIF temp3=$Vin temp4=$Iin dV=temp3temp1 dI=temp4temp2 detaV= temp5=dI/dV temp6=$Iin/$Vin IF()THEN IF()THEN IF()THEN Vref0=Vref0+detaV ELSE Vref0=Vref0detaV ENDIF ENDIF ELSE IF()THEN IF()THEN Vref0=Vref0+detaV ELSE Vref0=Vref0detaV ENDIF ENDIF ENDIF $Vref=Vref0 temp1=$Vin temp2=$Iin （ 2）光伏陣列模塊（ PVCell） 設(shè)計(jì)該模塊的指導(dǎo)思想是將光伏電池看成是受控電流源，該模塊有 3 個(gè)控制信號(hào)作為輸入端分別為： Vin 輸入電壓， S 光照強(qiáng)度， T 電池溫度。 圖 47 控制光照強(qiáng)度模塊圖 實(shí)現(xiàn)其功能的腳本： IF ($)THEN $Sout= ELSE IF($) THEN $Sout= ELSE IF($) THEN $Sout=1 END IF （ 4）比較器模塊 該模塊有 2 個(gè)控制信號(hào)作為輸入端分別為： MPPT 的輸出信號(hào) Vref,另一個(gè)輸入端 Em 連接波形發(fā)生器。 Minimum Value （溫度最小值） 0176。 圖 411 是光照強(qiáng)度的變化曲線，可以看見(jiàn)當(dāng) S 從 ——1 變化時(shí)，輸出電壓 Vin 基本沒(méi)有發(fā)生變化（如圖 412 所示），但輸出功率 Pout 明顯增加（如圖413 所示），輸出電流 Ia 也發(fā)生明顯變化（如圖 414 所示），這與圖 25 光伏陣列的 PUL， ILUL 特性曲線吻合。 圖 411 光照強(qiáng)度變化圖 圖 412 光伏陣列 輸出電壓圖 圖 413 光伏陣列 輸出功率 圖 414 光伏陣列 輸出電流圖 圖 415 Vref 的變化圖 圖 416 波形發(fā)生器的波形圖 圖 417 開(kāi)關(guān)管的通斷圖 當(dāng)調(diào)節(jié)溫度 T 時(shí)，可發(fā)現(xiàn)所得波形圖與以上各圖基本沒(méi)有差別，可得出與圖26 光伏陣列的 PUL， ILUL 特性曲線吻合。還有 基于 PSCAD 的光伏陣列 MPPT 的仿真， 驗(yàn)證了其輸出特性，證明了其可行性。 。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，她放棄了自己的休息時(shí)間，她的這種無(wú)私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向她表示我誠(chéng)摯的謝意。結(jié)合前人的研究，查閱大量的資料，詳細(xì)論述了帶有最大功率跟蹤的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的 研究 過(guò)程。 如圖 415 所示，是 MPPT 控制器模塊按照電導(dǎo)增量法控制系統(tǒng)輸出的 PWM控制信號(hào) Vref。 Data Collection (數(shù)據(jù)采集形式 ) continuous（連續(xù)采集） 光伏陣列最大功率跟蹤系統(tǒng)的建立及其波形圖 應(yīng)用前面 PVCell 和 MPPT 兩個(gè)模塊，建立了基于 BOOST 電路的仿真系統(tǒng)。通過(guò)比較 Vref 和 Em，生成 PWM波信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管通斷。其模塊圖如圖 46 所示。 圖 42 建立 MPPT 模塊第一步 接著，我們定義 2 個(gè)輸出端口的名稱、屬性，其中之一如圖 43 所示。 雙擊每個(gè)圖框的下部，如 ，即可打開(kāi)查看更多元件。 比較器的調(diào)制波為三角波，從正端輸入，參考電壓從比較器的負(fù)端輸入，用參考電壓切割三角波，在比較器的輸出端形成一組 PWM 波，用這組脈沖控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，達(dá)到控制后級(jí)電路等效電阻的目的。通過(guò)改變占空比就可以找到光伏陣列在最大功率點(diǎn)處的電壓 Um。由 US+UL向負(fù)載 R 供電時(shí)， UO 高于 US，故稱它為升壓變換器，工作中輸入電源供電的電流是連續(xù)的，但流經(jīng)二極管 D1 的電流卻是脈動(dòng)的，由于有 C 的存在，負(fù)載 R 上電流 IO 仍然是連續(xù)的。 由光伏陣列（或蓄電池）、電感、開(kāi)關(guān)管、二極管、電容器和負(fù)載構(gòu)成。 MPPT 控制方案設(shè)計(jì) MPPT 控制的基本電路 光伏陣列 MPPT 控制一般要通過(guò) DC/DC 電路實(shí)現(xiàn)，主要采用的電路結(jié)構(gòu)有以下幾種： ① Buck 型變換器：廣泛應(yīng)用于光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤、蓄電池充電和光伏直流電機(jī)控制等，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、控制易于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是只能用于降壓輸出控制。 光伏電池 PU 特性曲線及 dP/dU 變化特征如圖 36 所示。顯然，若 E（ k） =0，則表明光伏電池已經(jīng)工作在最大功率輸出狀態(tài)。 擾動(dòng)觀測(cè)法這種控制方法雖然算法簡(jiǎn)單，且易于硬件實(shí)現(xiàn)，但是響應(yīng)速度很慢，只適用于那些光照強(qiáng)度變化非常緩慢的場(chǎng)合。 一般正常情況下，光伏電池 PU 特性曲線是一個(gè)以最大功率點(diǎn)為極值的單峰值函數(shù)，這一特點(diǎn)為采用擾動(dòng)法來(lái)尋找最大功率點(diǎn)提供了條件，而擾動(dòng)觀測(cè)法實(shí)際上采用了步進(jìn)搜索的思路，即從起始狀態(tài)開(kāi)始，每次對(duì)輸入信號(hào)做一有限的變換，然后測(cè)量由于輸入信號(hào)變換引起輸出變換的大小和方向，待方向辨別后，再控制被控對(duì)象的輸入按需要的方向調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)自尋優(yōu)最優(yōu)控制。為了繼續(xù)追蹤最大功率點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)將系統(tǒng)的負(fù)載特性由負(fù)載 1 變化至負(fù)載 2，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在新的最大功率點(diǎn) B。 3 光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤（ MPPT）控制 光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況的影響。由該曲線族可以看到開(kāi)路電壓 UOC 隨光照強(qiáng)度的變化不明顯，而短路電流 ISC 則隨光照強(qiáng)度有明顯的變化。經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，最后可得到常用的光照光伏電池的電流 電壓特性曲線，如圖 23 所示。所謂開(kāi)路電壓，是把光伏電池置于 100m W/cm2 的光源照射下，且光伏電池輸出兩端開(kāi)路（ RL→∞）時(shí)所測(cè)得的輸出電壓值。環(huán)境溫度的升高， Isc 值也會(huì)略有上升，一般來(lái)講，溫度每上升高 1℃， Isc 值上升 78181。當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體的PN 結(jié)上，就會(huì)在其兩端產(chǎn)生光生電壓，若在外部將 PN 結(jié)短路，就會(huì)產(chǎn)生光電流。它的種類很多，大致可分為硅光伏電池、化合物半導(dǎo)體光伏電池。 上海 20xx 年世界博覽會(huì)總量達(dá) 1MW～ 10MW 的城市光伏發(fā)電系統(tǒng)，還有旨 在解決 8000 萬(wàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)居民無(wú)電缺電問(wèn)題的國(guó)家光明工程、家用太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)、鄉(xiāng)村太陽(yáng)能光伏電站、青藏鐵路工程光伏電源系統(tǒng)、通信用光伏電源系統(tǒng)等。通過(guò)在人口相對(duì)集中的地區(qū)建立設(shè)備容量 100kVA 以下的獨(dú)立光伏電站，解決鄉(xiāng)村一級(jí)基本生產(chǎn)、辦公‘生活用電需要是提高用電普及率的有效途徑；同時(shí)獨(dú)立光伏電站還可為小型農(nóng)場(chǎng)、畜牧養(yǎng)殖中心提供電源，有利于提高當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化水平。我國(guó)光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及前景： 我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)起步較晚，但是發(fā)展速度很快。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電雖受晝夜、晴雨、季節(jié)的影響，但可以分散地進(jìn)行，所以它適用于各家各戶分別進(jìn)行發(fā)電，而且可以連接到供電網(wǎng)絡(luò) 上，使得各個(gè)家庭在電力富裕時(shí)可將其賣(mài)給電力公司，不足時(shí)又可以從電力公司買(mǎi)入。獨(dú)立供電的太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單。