【正文】 (b)光伏電池的輸出功率與輸出電壓關(guān)系圖。圖 （a） 光伏電池IV關(guān)系圖（b）光伏電池PV關(guān)系圖 從圖4．1可以看出，在一定的溫度和日照強度下，光伏電池的輸出電壓和輸出電流之間具有非線性的關(guān)系，并且具有唯一的最大功率點MPP(Maximum Power Point)。在光伏系統(tǒng)中，通常要求光伏電池的輸出功率保持在最大，即光伏電池工作在最大功率點，從而提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，達到充分利用太陽能的目的。然而當電池表面溫度或日照強度等因素發(fā)生變化時，最大功率點也會發(fā)生漂移，并且這些外界因素又是因地區(qū)而異，有時甚至是瞬息萬變的。因此，如何在時刻變化外界環(huán)境下，使光伏電池維持在最大功率點處，成為光伏系統(tǒng)中一個急需解決而又非常重要的問題。 對于電阻型負載，其負載線與IV曲線的交叉點決定了光伏電池的工作點。不同的負載RL 決定了不同的工作點。因此在不同的溫度、日照強度條件下，當最大功率點發(fā)生漂移時，可通過調(diào)整負載使光伏電池重新工作在最大功率點處。最大功率點跟蹤MPPT(Maximum Power Point Tracking)就是完成以上阻抗匹配的任務(wù)，使得變換后的工作點正好和光伏電池的最大功率點重合，使光伏電池以最大功率輸出。 MPPT算法的總體模型上圖所示是MPPT算法的總體模型，我們通過對MPPT模塊的替換，就可以實現(xiàn)對不同的MPPT算法進行仿真研究。下面是幾種常用算法的仿真。其中要把負載處開路 波形比較25攝氏度下，3種方法MPPT波形圖比較藍色曲線：擾動法觀擦法黃色曲線：開路電壓法紫色曲線：恒壓控制法50攝氏度下，3種方法MPPT波形圖比較藍色曲線：擾動法觀擦法黃色曲線：開路電壓法紫色曲線：恒壓控制法缺點：實現(xiàn)精度差，存在嚴重的功率振蕩，溫度對光伏電池開路電壓的影響較大，測量開路電壓要求光伏陣列斷開負載后再測量，對外界條件的適應(yīng)性差，環(huán)境變化時不能自動跟蹤到MPP，造成了能量損失優(yōu)點：控制方法簡單容易實現(xiàn)，初期投入少。缺點：如何選擇最佳的比例常數(shù)卻很困難，因為是由光伏陣列的物理特性所決定的，隨太陽能電池板日益老化而變化，而且由于測量開路電壓需要將負載斷開，導致存在瞬時功率損失問題。而且系統(tǒng)的功率輸出并不是基于對光伏陣列輸出功率計算而得，而是假設(shè)一旦開路電壓確定相應(yīng)的最大功率點電壓也就確定了，其功率輸出也就是最大。這樣如果最大功率點的選取不準確，就會導致輸出功率并不是最大的功率（從圖中可以看出，比最大攻略略低）。優(yōu)點：方法原理簡單，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，受溫度變化影響較小。缺點：還是存在功率振蕩的現(xiàn)象和受溫度變化的影響。優(yōu)點：提高方法不難實現(xiàn)，現(xiàn)在被普遍使用，而且跟蹤精度較高，受溫度變化的影響程度不大。 由于擾動觀察法的結(jié)構(gòu)簡單，且需要測量的參數(shù)較少，被普遍地應(yīng)用在光伏電池的最大功率點跟蹤上,所以我們使用擾動觀察法作為仿真對象。其工作原理為測量當前陣列輸出功率，然后在原輸出電壓上增加一個小電壓分量(或稱之為擾動)，其輸出功率會發(fā)生改變，測量出改變后的功率，比較改變前的即可知道功率變化的方向。如果功率增大就繼續(xù)使用原擾動。如果減小則改變原擾動方向。 擾動觀察法跟蹤情況示意圖 上圖說明了這個動態(tài)過程，假設(shè)工作點在V1處，光伏電池輸出功率為Pl，如果使工作點移到V2=V1+△V，光伏電池輸出功率為P2，然后比較現(xiàn)時功率P2與記憶功率Pl。因為P2Pl，說明輸入信號差△V使輸出功率變大，工作點位于最大功率值Pmax的左邊，繼續(xù)增大電壓，使工作點繼續(xù)朝右邊即Pmax的方向變化。如果工作點已越過Pmax到達V4，此時若再增加△V，則工作點到達V5，比較結(jié)果：P5P4，說明工作點在Pmax右邊，需要改變輸入信號的變化方向，即輸入信號每次減去△V，再比較現(xiàn)時功率與記憶功率，就這樣周而復始地尋找最大功率點Pmax。下圖為擾動觀測法的控制流程圖。通過給定溫度20℃，光照通過timer模塊設(shè)定在600——1000之間進行擾動變化，通過搭建boost電路來直接實現(xiàn)擾動法的算法。其中通過PWM脈沖調(diào)試來改變電壓，實現(xiàn)波動。對于擾動觀察法我們可以通過簡單的模塊來實現(xiàn)其算法，如圖 PWM模塊基于占空比為升壓式變換器產(chǎn)生脈沖信號。其中,零階保持器的采樣周期與MPPT仿真模塊周期相同,取在[ ]之間?？蓮氖静ㄆ饔^測仿真結(jié)果。 仿真結(jié)果 采用變步長的ode23tb(stiff/TRBDF2) 仿真,最小步長與最大步長自動調(diào)節(jié),相對誤差允許范圍為110 3 ,絕對誤差范圍為自動調(diào)節(jié)。從0秒開始仿真,。同時,最大功率點跟蹤控制模塊的采樣周期與脈寬調(diào)制模塊的采樣周期相同,。太陽能光伏陣輸入日照取100W /m2 ,電池溫度為在25℃。設(shè)置好各模塊仿真參數(shù)后,即可開始仿真。 光伏陣輸出與負載電阻輸入的電壓、功率和電流仿真曲線如下圖所示。從圖中的電壓曲線、功率曲線和電流曲線可以看出, 該系統(tǒng)采用干擾觀測法,實現(xiàn)了對太陽能電池最大功率點的準確跟蹤。 方法改進 運用該方法當?shù)竭_最大功率點Pmax附近之后，其擾動并不會停止，而會在最大功率點Pmax左右振蕩，因此造成能量損耗并降低光伏電池的效率。尤其是在氣候條件變化緩慢時，能量損耗的情況更為嚴重，這是因為氣候條件變化緩慢時，光伏電池所產(chǎn)生的電壓及電流變動并沒有什么太大的變化，而此方法仍然會繼續(xù)擾動以改變其電壓值而造成能量損失，此為P＆O的最大缺點。雖然可以縮小每次擾動的幅度，以降低Pmax點的振蕩幅度來減少能量損失，不過當溫度或照度有大幅變化時，這種方法會使跟蹤到另一個最大功率點的速度變慢此時將有大量的能量被浪費掉。因此當采用P＆O時，擾動幅度的大小就需由使用者來做一取舍。改進干擾觀察法的核心思想是變步長即在擾動過程中不斷地改變擾動步長 。開始時給控制器指定一個固定的擾動步長，開始擾動，直到檢測到擾動方向錯誤，擾動方向?qū)兎?，此時將原先指定的步長減去某個常數(shù)作為新步長沿著變反的方向擾動,直到再次將擾動方向變反。此時將改變后的步長再減去同一個常數(shù)作為再次擾動的步長,然后按照改變后的方向繼續(xù)擾動。如此反復,直到步長減到零,此時光伏陣列的實際工作點就穩(wěn)定在最大功率點處。具體算法如下:首先設(shè)定參考電壓Ur和擾動步長step的初值。然后檢測擾動后光伏電池的輸出電壓U和電流I,計算出擾動前后的功率變化量dP和電壓變化量dU。由dP的值決定是否改變擾動步長,若vP0,將擾動步長減去一個常數(shù)c,否則步長保持不變。然后由dP/dU的值決定擾動的方向,若dP/dU0,保持原擾動方向,若dP/dU0,將擾動方向變反。用求得的新步長和擾動方向修正參考電壓Ur的值,并更新輸出功率的值。如是循環(huán),直至step變?yōu)榱?。第五? 總結(jié)長期以來，人們就一直在努力研究利用太陽能。地球所接受到的太陽能，雖只占太陽表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，但是這些能量相當于全球所需總能量的3～4萬倍，可謂取之不盡、用之不竭。并且電能是目前使用最廣泛的能源利用形式，利用太陽能來發(fā)電無疑是利用太陽能的一種有效途徑。目前對光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究很多，主要都集中在如何提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本這兩個問題上。綜合前面幾章的說明，本文首先給出了光伏電池的輸出特性方程，運用MATLAB／SIMULINK建立光伏電池模型，利用仿真結(jié)果對光伏電池的輸出特性，以及輸出電壓、電流與電池表面溫度、日照強度等外界因素之間的關(guān)系作詳細地分析說明。在此基礎(chǔ)上提出了最大功率點跟蹤的基本原理與現(xiàn)實意義，介紹了現(xiàn)有的幾種比較常用的MPPT算法的基本工作原理，包括恒壓法和擾動觀察法，并對其優(yōu)缺點進行了說明。在擾動觀察法的基礎(chǔ)上提出了一種改進的、具有在線參數(shù)調(diào)整功能的自適應(yīng)的占空比變步長擾動控制法。參考文獻[1]葉青松. 應(yīng)用組件技術(shù)實現(xiàn)MATLAB與其它高級語言的混合編程[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學院學報,2004[2]王飛，余世杰，2004[3]趙宏， ，2004[4]陳興峰,[J] .研究與驗,2005 [5]禹華軍，潘俊民．光伏電池輸出特性與最大功率跟蹤的仿真研究．計算機仿真，2005[6]王兆安,(第四版).[北京]: 機械工業(yè)出版社,2000[7]康華光,(第四版). [北京]: 高等教育出版社,199831