【正文】 工作點(diǎn)正好和太陽(yáng)電池的最大功率點(diǎn)重合，使太陽(yáng)電池以最大功率輸出，這就是所謂的太陽(yáng)電池的最大功率跟蹤。當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度減小時(shí)，方陣工作電流開(kāi)始略有增加隨后線性下降。 Rsh并聯(lián)電阻 。 淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 4 2 相關(guān)技術(shù)概述 太陽(yáng)能電池的輸出特性和功率峰值跟蹤 光伏陣列的 IV 方程 光伏陣 列是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的器件，其輸出的 IV 特性強(qiáng)烈地隨日照強(qiáng)度 S 和溫度 T 變化，其等效電路如圖 2 所示 : 圖 2 光伏陣列的等效電路 由于器件響應(yīng)時(shí)間與絕大多數(shù)光伏系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)相比微不足道，因此結(jié)電容 Cj 在光伏陣列的理論分析中加以忽略。本課題所作的主 要工作就是利用太陽(yáng)能電池的伏安特性，通過(guò)調(diào)節(jié)太陽(yáng)電池陣的工作點(diǎn)來(lái)自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)電 池陣的最大功率點(diǎn)，以獲得最大功率。人們發(fā)現(xiàn)陣列可能提供最大功 率的那些點(diǎn)，如 a’、 b‘ 、 c，、d‘、 e‘點(diǎn)連起來(lái)幾乎落在同一根垂直線的鄰近兩側(cè)，這就有可能把最大功率點(diǎn)的軌跡線近似地看成電壓 U=Um 的一根垂直線，亦即只要保 持陣列的出端電壓為常數(shù)，就可以大致保證陣列輸出在該一溫度下的最大功率，于是最大功率點(diǎn)跟蹤器簡(jiǎn)化為一個(gè)穩(wěn)壓器，這就是 C VT 的理論依據(jù)。本課題從太陽(yáng)能電池的光伏特性出發(fā)，對(duì)于如何提高太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)行了有益的探討。 Asymmetrical Class D Converter 淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 III 目錄 1 緒論 ............................................................................................... 1 本文研究背景和研究目的 ............................................ 1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 ...................................................... 1 課題意義和研究?jī)?nèi)容 ...................................................... 3 2 相關(guān)技術(shù)概述 ............................................................................ 4 太陽(yáng)能電池的輸出特性和功率峰值跟蹤 ............... 4 BuckBoost 型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路 ....................................... 6 PWM 軟開(kāi)關(guān)技術(shù) ............................................................. 7 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) .................................................................... 9 模糊控制概述 .................................................................. 13 3 實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)陣峰值功率的 MPPT 算法及實(shí)現(xiàn) ................. 16 光伏陣列特性曲線 ........................................................ 16 太 陽(yáng)能最大功率點(diǎn)追蹤控制算法 ........................... 17 擾動(dòng)觀察法的改進(jìn)算法和 MPPT 的實(shí)現(xiàn) ............. 20 4 基于模糊邏輯控制的最大功率跟蹤系統(tǒng) ...................... 22 應(yīng)用模糊控制方法控制的可行性分析 .................. 22 應(yīng)用模糊邏輯控制進(jìn)行 MPPT ................................. 22 利用 MATLAB 模糊邏輯工具箱進(jìn)行 MPPT 仿真....................................................................................................... 24 5 總結(jié) ............................................................................................... 25 參考文獻(xiàn) ........................................................................................... 27 致謝 ................................................................................................... 28 淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 1 1 緒論 本文研究背景和研究目的 長(zhǎng)期以來(lái)，人們就一直在努力研究利用太陽(yáng)能。從太陽(yáng)能電池的光伏特性出發(fā) ,來(lái)研究如何提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率無(wú)疑是很有現(xiàn)實(shí)意義的。 關(guān)鍵詞 光伏 電池 。特別是在近10 多年來(lái)，在石油可開(kāi)采量日漸見(jiàn)底和生態(tài)環(huán)境日益惡化這兩大危機(jī)的夾擊下，太陽(yáng)能的利用受到許多國(guó)家的重視，大家正在競(jìng)相開(kāi)發(fā)各種光電新技術(shù)和光電新型材料，以擴(kuò)大太陽(yáng)能利用的應(yīng)用領(lǐng)域。太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體 p n 結(jié)上，形成新的空穴 電子對(duì)。以單晶硅太陽(yáng)電池為例，當(dāng)環(huán)境溫度每升高 1℃ 時(shí)，其開(kāi)路電壓下降率為 %一 %。 (3)為提高太陽(yáng)能電力的使用效率，系統(tǒng)采用蓄電池作為輔助電源，我們?cè)O(shè)計(jì)了能自動(dòng)對(duì)一組蓄電池進(jìn)行充放電的切換裝置 。A I0反向飽和電流 。在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，自然光的輻射強(qiáng)度淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 5 及大氣的透光率均處于動(dòng)態(tài)變化中，這就給光伏系統(tǒng)的應(yīng)用帶來(lái)了困難。由圖 4 可看出環(huán)境溫度基本恒定，組件溫度隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化近似線性變化，當(dāng)環(huán)境溫度 300℃ ，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為750W/mZ 時(shí)，組件溫度達(dá) 600℃ ，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和組件溫度的變化導(dǎo)致系統(tǒng)工作點(diǎn)的漂移 。 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路主要由主回路和控制電路兩部分組成，而主回路是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的核心部分。其主回路如圖 5 所示 : 淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 7 圖 5 Buc k Boost 變換器主回路結(jié)構(gòu)圖 工作原理 :在驅(qū)動(dòng)脈沖 Ton 期間，開(kāi)關(guān)管 T 受控 導(dǎo)通，輸入電源電壓 Ui，全部加在電感兩端，此時(shí)二極管 D 反偏截止，電感 L將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來(lái)。關(guān)斷時(shí)，電壓上升和電流下降同時(shí)進(jìn)行。它是從電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式入手，發(fā)展起來(lái)的一種使功率開(kāi)關(guān)器件工作于零電壓 (ZVS )或零電流 (ZC S )開(kāi)關(guān)狀態(tài)的電能淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 9 變換技術(shù)，使開(kāi)關(guān)開(kāi)通前其兩端電壓為零，則開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開(kāi)通方式稱(chēng)為零電壓開(kāi)通，簡(jiǎn)稱(chēng)零電壓開(kāi)關(guān)。另一方面，器件必須在零電壓或零電流期間，盡快完成換流過(guò)程。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) (F cS )的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn) 和成熟，促使了控制系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng) (DCS )向現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) (FCS )的過(guò)渡。在樓宇自控領(lǐng)域，局部操作網(wǎng)絡(luò) Lon works(Local Operating Network)和控制局域網(wǎng)絡(luò) C AN (C ontroller Area Network)具有一定的優(yōu)勢(shì) 。 H2 的傳輸速率可為 1Mbps 和 兩種，通信距離為 750m 和 500m。其節(jié)點(diǎn)有優(yōu)先級(jí)設(shè)定，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、 廣播模式通信。其上 集成有三個(gè) 8 位 CP U。它也只采用了 051 模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。這些都需要有一個(gè)強(qiáng)健的，分布式的，實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)總線支持。 (4)傳輸過(guò)程中采用短幀結(jié)構(gòu)，減少了受干擾的幾率，比較適合發(fā)電站中的強(qiáng)電磁干擾環(huán)境 。 基于 C AN 總線的電力控制系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。通常它以被控對(duì)象輸出變量的偏差 e 及偏差變化率作為它的輸入變量，而把被控量定為模糊控制器的輸出變量，反映輸入輸出語(yǔ)言變量與語(yǔ)言控制規(guī)則的模糊定量關(guān)系及其算法結(jié)構(gòu)。而這些模型方程中有眾多的參數(shù)需要估計(jì)，而求解這些參數(shù)時(shí)又往往缺少足夠的信息特征和信息量，這又限制了 現(xiàn)代控制理論的有效應(yīng)用。常用的模糊推理方法有兩種，即最大一最小 (MAXM)推理法和最大乘積淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 15 (MAXP RO D)推理法。另外，光伏系統(tǒng)的負(fù)載可能是直流電機(jī)，也可能是交流電機(jī)或其它設(shè)備。實(shí)線為 P U 特性曲線。因此，為了充分地運(yùn)用太陽(yáng)光電能，需要一控制法則使能在各種不同工作環(huán)境下，自太陽(yáng)陣列汲取最大功率，此控制方法即所謂的最大功率點(diǎn)跟蹤法。因此，只要符合 (32)式要求時(shí)，則表示已達(dá)到最大功率點(diǎn)。 observe) 擾動(dòng)觀察法使控制回路模塊化，跟蹤法則簡(jiǎn)明，容易實(shí)現(xiàn)。相反，如果剛才加入的上負(fù)值的△ U 使系統(tǒng)工作淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 20 在 UI 處，則陣列輸出功率為 Pl，它小于 P2，說(shuō)明陣列向輸出功率減小的方向運(yùn)行，如要使陣列輸出更大的功率，必須增大陣列輸出電壓而不是減小，這是在 P U 曲線的左側(cè)調(diào)整特性。實(shí)際上通過(guò)擾動(dòng)電阻改變電流的范圍是有限的，在超過(guò)調(diào)控其范圍的時(shí)候，我們需要對(duì)連接在母線上的蓄電池組進(jìn)行切換，再利用 GAI， E3 信號(hào)進(jìn)行微調(diào)，從而達(dá)到最大功率的輸出。當(dāng)負(fù)載的功率需求或太陽(yáng)陣的 I 一 V 特性發(fā)生變化后，引起工作點(diǎn)的偏移或峰值功率點(diǎn)的漂移， PPT 系統(tǒng)探測(cè)到這種變化后，就會(huì)進(jìn)行下一次尋優(yōu)。 模糊邏輯控制器的設(shè)計(jì)主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容 : *確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量 。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，輸出功率 P 是一個(gè)判斷擾動(dòng)方向非常重要的量，在一些文獻(xiàn)中都以功率對(duì)輸出電壓，電流的變化率和變化率的變化量來(lái)作為輸入量。用戶可以在 F SI 編輯器窗口菜單中修改它的各種特性，如改變輸入/輸出的變量數(shù)、編輯隸屬度函數(shù)、編輯模糊規(guī)則等，從而生成新的 FS I。這一方面出于可靠性的考慮，電力不足供應(yīng)負(fù)載時(shí)，由蓄電池輔助供給，另一方面是基于能源利用效率的考慮，在負(fù)載用電過(guò)剩時(shí)，可以對(duì)蓄電池充電?？傊?，今后以太陽(yáng)能為能源的 新 技術(shù)，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