【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(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)，從而提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到充分利用太陽能的目的。然而當(dāng)電池表面溫度或日照強(qiáng)度等因素發(fā)生變化時(shí)，最大功率點(diǎn)也會(huì)發(fā)生漂移，并且這些外界因素又是因地區(qū)而異，有時(shí)甚至是瞬息萬變的。因此，如何在時(shí)刻變化外界環(huán)境下，使光伏電池維持在最大功率點(diǎn)處，成為光伏系統(tǒng)中一個(gè)急需解決而又非常重要的問題。 對(duì)于電阻型負(fù)載，其負(fù)載線與IV曲線的交叉點(diǎn)決定了光伏電池的工作點(diǎn)。不同的負(fù)載RL 決定了不同的工作點(diǎn)。因此在不同的溫度、日照強(qiáng)度條件下，當(dāng)最大功率點(diǎn)發(fā)生漂移時(shí)，可通過調(diào)整負(fù)載使光伏電池重新工作在最大功率點(diǎn)處。最大功率點(diǎn)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(diǎn)正好和光伏電池的最大功率點(diǎn)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(duì)MPPT模塊的替換，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的MPPT算法進(jìn)行仿真研究。下面是幾種常用算法的仿真。其中要把負(fù)載處開路 波形比較25攝氏度下，3種方法MPPT波形圖比較藍(lán)色曲線：擾動(dòng)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(lán)色曲線：擾動(dòng)法觀擦法黃色曲線：開路電壓法紫色曲線：恒壓控制法缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)精度差，存在嚴(yán)重的功率振蕩，溫度對(duì)光伏電池開路電壓的影響較大，測(cè)量開路電壓要求光伏陣列斷開負(fù)載后再測(cè)量，對(duì)外界條件的適應(yīng)性差，環(huán)境變化時(shí)不能自動(dòng)跟蹤到MPP，造成了能量損失優(yōu)點(diǎn)：控制方法簡單容易實(shí)現(xiàn)，初期投入少。缺點(diǎn)：如何選擇最佳的比例常數(shù)卻很困難，因?yàn)槭怯晒夥嚵械奈锢硖匦运鶝Q定的，隨太陽能電池板日益老化而變化，而且由于測(cè)量開路電壓需要將負(fù)載斷開，導(dǎo)致存在瞬時(shí)功率損失問題。而且系統(tǒng)的功率輸出并不是基于對(duì)光伏陣列輸出功率計(jì)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(diǎn)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(diǎn)的選取不準(zhǔn)確，就會(huì)導(dǎo)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(diǎn)：方法原理簡單，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，受溫度變化影響較小。缺點(diǎn)：還是存在功率振蕩的現(xiàn)象和受溫度變化的影響。優(yōu)點(diǎn)：提高方法不難實(shí)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(dòng)觀察法的結(jié)構(gòu)簡單，且需要測(cè)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(diǎn)跟蹤上,所以我們使用擾動(dòng)觀察法作為仿真對(duì)象。其工作原理為測(cè)量當(dāng)前陣列輸出功率，然后在原輸出電壓上增加一個(gè)小電壓分量(或稱之為擾動(dòng))，其輸出功率會(huì)發(fā)生改變，測(cè)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(dòng)。如果減小則改變?cè)瓟_動(dòng)方向。 擾動(dòng)觀察法跟蹤情況示意圖 上圖說明了這個(gè)動(dòng)態(tài)過程，假設(shè)工作點(diǎn)在V1處，光伏電池輸出功率為Pl，如果使工作點(diǎn)移到V2=V1+△V，光伏電池輸出功率為P2，然后比較現(xiàn)時(shí)功率P2與記憶功率Pl。因?yàn)镻2Pl，說明輸入信號(hào)差△V使輸出功率變大，工作點(diǎn)位于最大功率值Pmax的左邊，繼續(xù)增大電壓，使工作點(diǎn)繼續(xù)朝右邊即Pmax的方向變化。如果工作點(diǎn)已越過Pmax到達(dá)V4，此時(shí)若再增加△V，則工作點(diǎn)到達(dá)V5，比較結(jié)果：P5P4，說明工作點(diǎn)在Pmax右邊，需要改變輸入信號(hào)的變化方向，即輸入信號(hào)每次減去△V，再比較現(xiàn)時(shí)功率與記憶功率，就這樣周而復(fù)始地尋找最大功率點(diǎn)Pmax。下圖為擾動(dòng)觀測(cè)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(jìn)行擾動(dòng)變化，通過搭建boost電路來直接實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)法的算法。其中通過PWM脈沖調(diào)試來改變電壓，實(shí)現(xiàn)波動(dòng)。對(duì)于擾動(dòng)觀察法我們可以通過簡單的模塊來實(shí)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(hào)。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。可從示波器觀測(cè)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(dòng)調(diào)節(jié),相對(duì)誤差允許范圍為110 3 ,絕對(duì)誤差范圍為自動(dòng)調(diào)節(jié)。從0秒開始仿真,。同時(shí),最大功率點(diǎn)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(fù)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(cè)法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽能電池最大功率點(diǎn)的準(zhǔn)確跟蹤。 方法改進(jìn) 運(yùn)用該方法當(dāng)?shù)竭_(dá)最大功率點(diǎn)Pmax附近之后，其擾動(dòng)并不會(huì)停止，而會(huì)在最大功率點(diǎn)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(shí)，能量損耗的情況更為嚴(yán)重，這是因?yàn)闅夂驐l件變化緩慢時(shí)，光伏電池所產(chǎn)生的電壓及電流變動(dòng)并沒有什么太大的變化，而此方法仍然會(huì)繼續(xù)擾動(dòng)以改變其電壓值而造成能量損失，此為P＆O的最大缺點(diǎn)。雖然可以縮小每次擾動(dòng)的幅度，以降低Pmax點(diǎn)的振蕩幅度來減少能量損失，不過當(dāng)溫度或照度有大幅變化時(shí)，這種方法會(huì)使跟蹤到另一個(gè)最大功率點(diǎn)的速度變慢此時(shí)將有大量的能量被浪費(fèi)掉。因此當(dāng)采用P＆O時(shí)，擾動(dòng)幅度的大小就需由使用者來做一取舍。改進(jìn)干擾觀察法的核心思想是變步長即在擾動(dòng)過程中不斷地改變擾動(dòng)步長 。開始時(shí)給控制器指定一個(gè)固定的擾動(dòng)步長，開始擾動(dòng)，直到檢測(cè)到擾動(dòng)方向錯(cuò)誤，擾動(dòng)方向?qū)?huì)變反，此時(shí)將原先指定的步長減去某個(gè)常數(shù)作為新步長沿著變反的方向擾動(dòng),直到再次將擾動(dòng)方向變反。此時(shí)將改變后的步長再減去同一個(gè)常數(shù)作為再次擾動(dòng)的步長,然后按照改變后的方向繼續(xù)擾動(dòng)。如此反復(fù),直到步長減到零,此時(shí)光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)就穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)處。具體算法如下:首先設(shè)定參考電壓Ur和擾動(dòng)步長step的初值。然后檢測(cè)擾動(dòng)后光伏電池的輸出電壓U和電流I,計(jì)算出擾動(dòng)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(dòng)步長,若vP0,將擾動(dòng)步長減去一個(gè)常數(shù)c,否則步長保持不變。然后由dP/dU的值決定擾動(dòng)的方向,若dP/dU0,保持原擾動(dòng)方向,若dP/dU0,將擾動(dòng)方向變反。用求得的新步長和擾動(dòng)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(dāng)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(duì)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(gè)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(yùn)用MATLAB／SIMULINK建立光伏電池模型，利用仿真結(jié)果對(duì)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(qiáng)度等外界因素之間的關(guān)系作詳細(xì)地分析說明。在此基礎(chǔ)上提出了最大功率點(diǎn)跟蹤的基本原理與現(xiàn)實(shí)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(dòng)觀察法，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了說明。在擾動(dòng)觀察法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)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(dòng)控制法。參考文獻(xiàn)[1]葉青松. 應(yīng)用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)MATLAB與其它高級(jí)語言的混合編程[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2004[2]王飛，余世杰，2004[3]趙宏， ，2004[4]陳興峰,[J] .研究與驗(yàn),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(jì)算機(jī)仿真，2005[6]王兆安,(第四版).[北京]: 機(jī)械工業(yè)出版社,2000[7]康華光,(第四版). 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