【正文】 Im最大工作電流 Imp受光照時的最大工作電流 Um最大工作電壓 Ump受光照時的最大工作電壓 Pm最大功率 圖 22 光伏電池的電流 電壓關(guān)系曲線 圖 23 常用的光伏電池電流 電壓特性曲線 輸 出 電 壓輸出功率1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0U / m VP / WP mU m 圖 24 光伏電池的 PU 曲線圖 根據(jù)功率定義式 P=UI，設(shè)定 P 為不同的常數(shù)，帶入 U、 I，便可在光伏電池輸出伏安特性曲線圖上做出一系列的等功率曲線。在一定的光照強度和環(huán)境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才能達到最大值，這時光伏電池的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點，稱之為最大功率點（ maximum power point,MPP） [4]。將步進搜索應(yīng)用于光伏系統(tǒng)的 MPPT 控制時，就是所稱的擾動觀測法。 對光伏電池 PU 特性曲線進行分析，可得出 MPPT 的模糊邏輯控制的規(guī)則，如圖 34 所示。 ② Boost 型變換器：可將光伏陣列或蓄電池輸出電壓進行升壓變換，其效率較高，電路結(jié)構(gòu)和控制也較為簡單。 假設(shè)圖 38 中所有元件均為理想元件，即電路由輸入到輸出過程中功率損耗為零。 PWM 控制器電路原理圖如圖 311 所示。 圖 43 建立 MPPT 模塊第二步 然后，我們定義輸出端口的名稱、屬性，如圖 44 所示。其模塊圖如圖 48 所示。在 S 的值為 時， Vref 從初值 開始，經(jīng)過 最后在 上下小幅度波動。同時，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這 四 年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學(xué)習(xí)，教會了我如何做人。用 PSCAD 軟件進行仿真，驗證了它的輸出特性。光照強度從 ——1 逐漸變化的條件下進行運行分析，得出 411~417 各圖。其模塊圖如圖 47 所示。在元件向?qū)冢x模塊的輸入輸出端口的數(shù)量、名稱和屬性。 目前有很多種 PWM 控制方式，例如，瞬時比較方式、定時比較方式和三角波比較方式等。由于開關(guān)管導(dǎo)通，二極管陽極接 電源 US 的負(fù)極，二極管承受反壓不導(dǎo)通，所以電容 C 不能通過開關(guān)管放電。從圖中可以看出計算出 dU 之后，對其是否為零進行了判定，使流程圖出現(xiàn)了兩條分支，其中，左分支與上述分析相吻合；而右分支則主要是為了抑制當(dāng)外部輻照度發(fā)生突變時的誤判而設(shè)置的。 同擾動觀察法一樣，為實現(xiàn) MPPT 控制，模糊邏輯控制系統(tǒng)也是將采樣得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過運算，判斷出工作點與最大功率點之間的位置關(guān)系，自動校正工作點電壓值，使工作點趨于最大功率點。其基本思想是：首先擾動光伏電池的輸出電壓或電流，然后觀測光伏電池輸出功率的變化，根據(jù)功率變化的趨勢連續(xù)改變擾動電壓或電流方向，使光伏電池最終工作于最大功率點。最大功率點功率 Pm 隨溫度的變化也有很大的變化。它主要由電池表面污濁和半導(dǎo)體晶體缺陷引起的漏電流所對應(yīng)的 PN 結(jié)泄露電阻和電池邊緣的泄露電阻等組成。所謂短路電流 Isc，就是光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，輸出端短路時，流過光伏電池兩端的電流。本文會介紹幾種常用的最大功率點跟蹤方法，然后主要介紹本文采用的電導(dǎo)增量法。 在我國，隨著國民經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展、綜合國力的不斷提高和科技的進步，特別是“西部開發(fā)”戰(zhàn)略的實施，利用西部地區(qū)豐富的太陽能、風(fēng)能資源解決幾千萬人口的用電問題這一偉大構(gòu)想己經(jīng)逐步成為現(xiàn)實。 (4)清潔、安全、無噪聲。 (4)不污染環(huán)境，不破壞生態(tài) 人類在利用礦物燃料的過程中，必然釋放出大量有害物質(zhì)，如 、 等，使人類賴以生存的環(huán)境受到了破壞和污染。隨著污染的加劇和人們環(huán)境意識的提高，由污染引起的人群糾紛和沖突曰益增加。預(yù)計不久就可以成為火力發(fā)電的主要競爭者，前景十分廣闊。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 光伏電池的輸出特性具有強烈的非線性 ,且受外界環(huán)境因素影響大 ,所以 ,如何有效的利用、提高太陽能轉(zhuǎn)換效率 ,成為太陽能利用中一個迫切需要解決的問題。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。在我國，這一情況也不容樂觀，據(jù)官方統(tǒng)計，僅在 20xx 年一年，我國就進口原油約 1． 5 億噸。太陽每秒鐘發(fā)出的能量有 3． 865XJ，相當(dāng)于每秒鐘燃 燒 1． 32Xt 標(biāo)準(zhǔn)煤所發(fā)出的能量。煤炭、石油和天然氣等礦物能源經(jīng)過幾十億年才形成，而且短期內(nèi)無法恢復(fù)。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)以便全球供電。目前，國內(nèi)光電池硅片的生產(chǎn)能力己達 4． 5MW，在西藏 7 個無水無電 縣中已全部建成了光伏發(fā)電，其中功率最大的 100kW。 目前大規(guī)模使用的主 要是單晶硅和多晶硅電池，因為其資源豐富、轉(zhuǎn)換效率較高 (澳大利亞新南威爾士大學(xué)的格林教授已將單晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率提高到24％ )，所以現(xiàn)在開發(fā)得也最快。 ID 為暗電流。有光伏電池的伏安特性曲線可繪制出 PU 曲線，如圖 24 所示。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的整體效率，一個重要的途徑就是實時調(diào)整光伏電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程稱之為最大功率點跟蹤（ MPPT）。 擾動觀測法 的 MPPT 過程，具體描述如下： 當(dāng)增大參考電壓 U（ U1=U+△ U）時，若 P1P，表明當(dāng)前工作點位于最大功率點左側(cè)，此時系統(tǒng)應(yīng)保持增大參考電壓的擾動方式，即 U2=U1+△ U，其中 U2為二次調(diào)整后的電壓值，如圖 32a 所示。 1） E（ k） ＜ 0, CE（ k） ≥ 0 時， P 由左側(cè)向 Pm 靠近；則 dU 應(yīng)為正，以繼續(xù)靠近最大功率點； 2） E（ k） ＜ 0, CE（ k） ＜ 0 時， P 由左側(cè)遠離 Pm；則 dU 應(yīng)為正，以繼續(xù)N 靠近最大功率點； 3） E（ k） ＞ 0, CE（ k） ≤ 0 時， P 由右側(cè)靠近 Pm；則 dU 應(yīng)為負(fù)，以繼續(xù)靠近最大功率點； 4） E（ k） ＞ 0, CE（ k） ＞ 0 時， P 由右側(cè)遠離 Pm；則 dU 應(yīng)為負(fù)，以繼續(xù)靠近最大功率點； 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 0輸出功率標(biāo)幺值端 電 壓 標(biāo) 幺 值E ( k ) ＜ 0C E ( k ) ≥ 0E ( k ) ＜ 0C E ( k ) ＜ 0E ( k ) ＞ 0 C E ( k ) ＞ 0E ( k ) ＞ 0C E ( k ) ≤ 0 圖 34 MPPT 的邏輯控制規(guī)則示意圖 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用模糊邏輯方法實現(xiàn) MPPT 控制，可以通過 DSP 比較方便的執(zhí)行，其中控制器的設(shè)計主要包括以下幾個方面內(nèi)容： ① 確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量 ② 歸納和總結(jié)幕后控制器的控制規(guī)則 ③ 確定模糊化和反模糊化的方法 ④ 選擇論域并確定有關(guān)參數(shù) 在模糊邏輯控制中，通常用系統(tǒng)的實際輸出量與設(shè)定的期望值相比較，得到一個偏差值 E，一般還需要根據(jù)該偏差的變化率 EC 進行綜合判斷。這類電路在 MPPT 控制電路中得到普遍應(yīng)用。由 BOOST 電路工作原理可知： DUU SO ??1 (36) 式中 D 為開關(guān)管 T 的占空比。 V r e fV o u t+_V r e fV r e f( a )( b )( c ) 圖 311 PWM 控制器電路原理圖 從圖 311 可以看出，當(dāng)參考電壓上升，脈沖寬度變窄，占空比較小，等效電阻 Ri（圖 310 所示）相應(yīng)的增大；圖 311（ b）表示當(dāng)參考電壓下降，脈沖寬度變寬，占空比變大，等效負(fù)載 Ri 相應(yīng)減小 。 圖 44 建立 MPPT 模塊第三步 點擊下一步，完成，可生成如圖 45 所示的模塊外觀圖。 波形發(fā)生器參數(shù)設(shè)置： Frequency of signal(信號頻率 )50HZ Initial phase of signal(信號 的初相位 )0176。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。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(xué)生活即將結(jié)束。 （ 3） 建立了整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型。 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。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。 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。控制開關(guān)管的信號稱為 PWM 信號。 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(fù)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(fù)。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。 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。O）是目前實現(xiàn) MPPT 常用的自尋優(yōu)類方法之一。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。Rsh 為旁路電阻，一般為幾千歐姆。當(dāng) RL=0 時，所測得電流為電池的短路電流Isc。 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(fù)載端的占空比來調(diào)節(jié)負(fù)載，找到最大功率點。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。如遇風(fēng)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。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?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。 嚴(yán)重的環(huán)境污染還會造成社會問題。光伏發(fā)電的競爭力越來越強。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)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 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。 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。 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。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。 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(jì)內(nèi)就被消耗掉。 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％。 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。無光照下的硅型光伏電池