【正文】 PWM 調(diào)制時(shí)的電流回路第四章 光伏水泵系統(tǒng)的仿真 為了驗(yàn)證理論與實(shí)際的一致性，也為了驗(yàn)證光伏水泵系統(tǒng)的選型是否成功，我們必須對(duì)光伏水泵系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 太陽能光伏陣列的仿真由單個(gè)光伏電池的等效電路圖及參數(shù)方程，在MATLAB/SIMULINK中進(jìn)行仿真，： 太陽能光伏陣列的仿真圖按照實(shí)際系統(tǒng)中的參數(shù)擬合結(jié)果。Rs/ΩRsh/ΩnId0/μACt/(mA/K) 1000W/m2，： 太陽能光伏陣列的仿真 光照強(qiáng)度改變時(shí)光伏電池的電壓電流特性曲線，不同光照強(qiáng)度下輸出電流與輸出電壓，還有輸出功率與輸出電壓的關(guān)系。，但其所能提供的輸出電流有相當(dāng)大的 基于擾動(dòng)觀察法的光伏陣列仿真 變化，輸出電流與日照強(qiáng)度是正相關(guān)的關(guān)系。，日照強(qiáng)度越大，輸出功率越高，當(dāng)輸出電壓在18V左右的時(shí)候，輸出功率最大?？梢娙照諒?qiáng)度的強(qiáng)弱是影響太陽能光伏電池輸出功率大小的重要因素。接下來討論溫度變化時(shí)，光伏陣列的輸出電壓，輸出電流和輸出功率的變化情況。單個(gè)光伏電池光照強(qiáng)度為1000W/m2，溫度分別為0℃、10℃、20℃、30℃、40℃時(shí)輸出電壓和輸出電流輸出功率和輸出電壓的曲線圖。 光伏電池輸出電壓電流特性曲線 光伏電池功率電壓特性曲線 ，在光照強(qiáng)度保持不變時(shí)，溫度升高太陽能光伏電池的輸出電壓降低，但其輸出電流卻增加。，由此可見工作環(huán)境溫度的高低對(duì)太陽能光伏電池最大輸出功率有直接的影響。輸出電流的變化從圖中看得不明顯，所以特別列出對(duì)應(yīng)溫度時(shí)的輸出電流：溫度(176。C)010203040短路電流(A) ，當(dāng)電壓在015V時(shí)，輸出電流與輸出電壓在溫度改變情況下的曲線圖基本上保持一致。15V25V時(shí)，曲線圖的輸出電流值大幅度的下降。，光伏電池的輸出功率和輸出電壓也有相同的情況。課件太陽電池是一種非線性電源。經(jīng)過仿真我們知道了太陽能光伏陣列受光照強(qiáng)度和溫度的影響。如果不能根據(jù)實(shí)際情況對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整光伏陣列就難以達(dá)到最佳工作點(diǎn)，會(huì)浪費(fèi)大量的資源。 基于擾動(dòng)觀察法的光伏陣列仿真 利用MATLAB/SIMULINK中的SIMPOWER SYSTEMS 工具箱建立系統(tǒng)仿真模型非常直觀、方便。擾動(dòng)觀察法的光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的整個(gè)系統(tǒng)包括：光伏模塊、MPPT模塊、PWM模塊和降壓轉(zhuǎn)換器 (Buck Converter)模塊。MPPT模塊設(shè)計(jì)的基本思想是：功率值的變化決定下一步變化的方向。功率增加，搜索方向不變；功率減小，搜索方向相反。搜索方向由V(k)是否大于V(k1)決定。比較前一個(gè)和當(dāng)前的功率值來判斷下一步的走向，計(jì)算出用于產(chǎn)生PWM的控制信號(hào)。PWM模塊基于占空比為降壓式變換器產(chǎn)生脈沖信號(hào)。DCDC變換器是通過控制電壓的方法將不控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏敵龅囊环N變換電路。在太陽能發(fā)電中，變換器的作用是從太陽能方陣中吸收最大電流并且提升電壓。假設(shè)溫度為25℃，溫度不變，改變光照強(qiáng)度。光照強(qiáng)度由800W/m2增加到1000W/m2，：；假設(shè)溫度為25℃，光照強(qiáng)度由1000W/m2下降到800W/m2。 ，光伏陣列都能快速跟蹤到最大功率點(diǎn)，并穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近，光伏電池的輸出功率與光照強(qiáng)度呈正相關(guān)的關(guān)系。，光照強(qiáng)度改變時(shí)，光伏陣列的輸出電壓的改變不明顯。從以上仿真結(jié)果可以看出，在光照強(qiáng)度突然增加后，系統(tǒng)檢測到光伏陣列端電壓的突變，采取變步長控制，迅速減輕負(fù)載，很快將光伏陣列的端電壓重新建立，快速穩(wěn)定于新的最大功率點(diǎn)；在光照強(qiáng)度突然降低后，系統(tǒng)通過變步長控制，減小輸出，使系統(tǒng)快速穩(wěn)定于新的最大功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了自主尋優(yōu)。 光照強(qiáng)度增大時(shí)光伏電池的輸出功率 光照強(qiáng)度增大時(shí)光伏電池的輸出電壓 光照強(qiáng)度減弱時(shí)光伏電池的輸出功率 假設(shè)光照為1000W/m2，光照強(qiáng)度不變，溫度由15℃上升到25℃時(shí)，：： 光照強(qiáng)度不變溫度上升時(shí)輸出功率曲線 光照強(qiáng)度不變溫度上升時(shí)輸出電壓曲線假設(shè)光照為1000W/m2，溫度由25℃下降到15℃時(shí)。，光伏陣列也能快速跟蹤到最大功率點(diǎn)并保持穩(wěn)定。，光照強(qiáng)度不變，光伏電池的輸出功率與溫度強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。，溫度改變時(shí)，光伏陣列的輸出電壓的有小幅度的變動(dòng)。擾動(dòng)觀察法算法簡明，容易實(shí)現(xiàn)，成本低。但是只能在陣列最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，導(dǎo)致部分功率損失。這個(gè)振蕩運(yùn)行的范圍很小，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因?yàn)椴介L過小而導(dǎo)致，跟蹤的速度緩慢。如果步長大了，部分功率損失會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 光照強(qiáng)度不變溫度下降時(shí)輸出功率曲線 光照強(qiáng)度不變溫度下降時(shí)輸出電壓曲線，： 光照強(qiáng)度變化大小對(duì)輸出功率的影響 光照強(qiáng)度變化大小對(duì)輸出電壓的影響 ，光照強(qiáng)度變化大的場合，采用擾動(dòng)觀察法就不合適。在外界條件變化緩慢情況下，光伏系統(tǒng)通過擾動(dòng)觀察法控制，可以迅速尋取系統(tǒng)新的最大功率點(diǎn)，并穩(wěn)定運(yùn)行于此點(diǎn)。從仿真波形可以看出，隨光照、溫度條件的變化，光伏陣列最大功率點(diǎn)不斷變化，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以穩(wěn)定、實(shí)時(shí)地追蹤最大功率點(diǎn)。在追蹤過程中，在光照和溫度變化的情況下，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定、快速的跟蹤最大功率點(diǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能較好。 第五章 結(jié)束語及展望 第五章 結(jié)束語與展望 總結(jié)及有待完善的問題 本課題參考了國內(nèi)外的書籍和資料，敘述了太陽能光伏發(fā)電的狀況，研究了光伏水泵系統(tǒng)的各個(gè)部分的硬件如太陽能電池、電機(jī)、水泵，分析了集中最大功率點(diǎn)跟蹤算法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)無刷直流電機(jī)的PWM控制策略與起動(dòng)方式進(jìn)行探討，對(duì)光伏列陣和擾動(dòng)觀察法進(jìn)行了仿真，對(duì)光伏水泵系統(tǒng)進(jìn)行了選型。此外，還對(duì)每個(gè)部分的原理圖、公式、電流圖、曲線圖、仿真圖做了認(rèn)真的處理。結(jié)果表明：系統(tǒng)穩(wěn)定，反電勢過零點(diǎn)檢測效果好，預(yù)定位啟動(dòng)無問題，電機(jī)、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)良好光伏水泵系統(tǒng)效率高，基本能完成本文的預(yù)定目標(biāo)。有待完善的問題：1. 本文沒有詳細(xì)介紹蓄電池及其工作原理，蓄電池對(duì)陰天及黑夜的作用沒有介紹 ，各地的環(huán)境條件不盡相同。光伏水泵系統(tǒng)要針對(duì)不同地區(qū)進(jìn)行改良，來保證系統(tǒng)的高效性。對(duì)外界條件變化劇烈的情況下，還有采取不同于本文的方法進(jìn)行測試與研究，以保證系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)上。，還需要多多完善。，水平有待提高。 對(duì)未來的展望雖然目前中國光伏產(chǎn)業(yè)情況并不樂觀。光伏產(chǎn)品受到歐盟和美國的聯(lián)合壓，被征收巨量的關(guān)稅。但是只要熬過這最為關(guān)鍵的幾年，轉(zhuǎn)機(jī)就會(huì)到來。中國地大物博，作為新能源的太陽能，作為新興技術(shù)的光伏水泵依然有巨大的前景。相信將來的光伏水泵必定能得到大范圍的應(yīng)用，也希望將來中國的光伏產(chǎn)業(yè)走出困境。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)：[1] 崔巖，蔡炳煌，李大勇，胡宏勛，董靜微. 太陽能光伏系統(tǒng) MPPT 控制算法的對(duì)比研究[J]. 太陽能學(xué)報(bào). 2006，6. 535539[2] 李晶，竇偉，徐正國，彭燕昌，許洪華. 光伏發(fā)電系統(tǒng)中最大功率點(diǎn)跟蹤算法的研究[J]. 太陽能學(xué)報(bào). 2007，3. 265273[3] 王建華，吳季平. 太陽能應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 水電能源科學(xué). 2007，4. 2628[4] 盛絳，滕國榮. 太陽能光伏水泵在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機(jī)化研究. 2008，12. 61[5] 趙彥，蘇建徽，茆美琴. 應(yīng)用與光伏水泵系統(tǒng)中的無位置傳感器無刷直流電機(jī)的控制[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用. 2004，4. 215[6] 楊鵬，史旺旺. 太陽能供電的光伏水泵無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)[J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用. 2007，6. 3638[7] 徐鵬威，劉飛，劉邦銀，段善旭. 幾種光伏系統(tǒng)MPPT方法的分析比較及改進(jìn)[J]. 電力電子技術(shù). 2007，5. 35[8] 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