【導(dǎo)讀】理論研究型（）；計(jì)算機(jī)軟件型（）；綜合型（）。內(nèi)容：1、了解當(dāng)今光伏發(fā)電的現(xiàn)狀，并掌握光伏電池的工作原理。并熟練運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行仿真。種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一本，查閱一篇相關(guān)英文參考文獻(xiàn)及譯文。1．遵守畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的紀(jì)律，按時(shí)答疑；2．獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，培養(yǎng)基本的科研能力；紙中的文字符號(hào)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)；少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)。在這些可再生能源之中太陽(yáng)能是其中不可獲取的。一部分，它有自己獨(dú)特的廣泛性和清潔性受到人們的青睞。首先是對(duì)光伏電池的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)

　　

【正文】 等于 Um 時(shí)， UIdUdI // ?? ，保持光伏陣列的參考電壓 Uref不變。 根據(jù)上面的公式推導(dǎo)可知，在光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制的過(guò)程中，可以根據(jù) dUdI/ 與 UI/? 之間的關(guān)系式進(jìn)行工作點(diǎn)電壓的調(diào)整以實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率點(diǎn)跟蹤。 圖 35 導(dǎo)納微增法控制流程圖 導(dǎo)納微增法的控制流程圖如圖 35 所示。圖中 Un、 In 為檢測(cè)到光伏陣列的當(dāng)前電壓、電流值， Ub、 Ib 為上一控制周期的采樣值。理論上這種控開(kāi)始采樣U n 、 I ndu = 0U ref = U ref + Δ UU b = U nI b = I n結(jié)束d i / d u = i / u d i = 0d i / d u i / u di 0U ref = U ref Δ U U ref = U ref Δ UYYYNNNYYNNU ref = U ref + Δ U第 3 章 光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法 23 制方法比較令人滿(mǎn)意，因?yàn)樗谙乱粫r(shí)刻的變化方向完全取決于在該時(shí)刻的電導(dǎo) 的變化率和瞬時(shí)負(fù)電導(dǎo)值的大小關(guān)系，而與前一時(shí)刻的工作點(diǎn)電壓以及功率的大小無(wú)關(guān)，因而能夠適應(yīng)日照強(qiáng)度地快速變化，其控制精度較高，但是由于其中 dI 和 dU 的量值很小，這樣就要求傳感器的精度要求很高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)比較困難。 采用導(dǎo)納微增法的優(yōu)點(diǎn)： 1) 控制效果好； 2) 控制穩(wěn)定度高，當(dāng)外部環(huán)境參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)能平穩(wěn)的追蹤其變化，且與太陽(yáng)能電池組件的特性及參數(shù)無(wú)關(guān)。 采用導(dǎo)納微增法的缺點(diǎn)： 1) 控制算法較復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)要求較高； 2) 控制電壓初始化參數(shù)對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的跟蹤性能有較大影響，若設(shè)置不當(dāng)則可能產(chǎn)生 較大的功率損失。 本章小結(jié) 光伏陣列的輸出特性是非線性特征的，在給定的環(huán)境溫度于光照強(qiáng)度之下，光伏陣列是工作再不同的輸出電壓，只有輸出電壓是一定那么輸出功率達(dá)到最大值。光伏陣列 MPPT 就是調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn)，使光伏發(fā)電系統(tǒng)工作再最大功率點(diǎn)附近的工程 [2025]。常用的 MPPT 控制方法由：固定電壓跟蹤法 (CVT)、擾動(dòng)觀察法 (Pamp。O)和導(dǎo)納微增量法 (INC)，本章是對(duì)上述三種方法理論分析并了解他們的優(yōu)缺點(diǎn)。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 4章 光伏陣列 MPPT 仿真結(jié)果與分析 光伏陣列仿真結(jié)果 在第 2 章中已經(jīng)建立了光伏 電池模型，如圖 210?，F(xiàn)對(duì)所建立的模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，將該模型進(jìn)行封裝，封裝后如圖 41： 圖 41 光伏陣列模型封裝后效果圖 將該模塊應(yīng)用到仿真電路中，如圖 42： 圖 42 光伏陣列仿真電路圖 用此仿真電路可以得到任意環(huán)境條件下光伏陣列的輸出特性曲線?，F(xiàn)在在日照強(qiáng)度為 1000W/m2，溫度為 25℃ 的環(huán)境條件下進(jìn)行仿真，可以得到在該環(huán)境條件下的光伏陣列的伏安特性曲線和輸出功率特性曲線，分別如圖43 和圖 44： 第 4 章 光伏陣列 MPPT 仿真結(jié)果與分析 25 圖 43 光伏陣列的伏安特性 圖 44 光伏陣列的輸出功率特性曲線 由圖 43 中的光 伏陣列伏安特性曲線和圖 44 中的光伏陣列輸出功率特性曲線可知，此光伏陣列在日照強(qiáng)度為 1000W/m2，溫度為 25℃ 的環(huán)境條件下的短路電流約為 ，開(kāi)路電壓約為 24V，其最大輸出功率約為 90W，與圖 24 和圖 25 中的曲線特性一致，驗(yàn)證此光伏模型的正確性。因此可以用此光伏模型進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤的仿真。 最大功率點(diǎn)跟蹤的仿真 最大跟蹤功率點(diǎn)跟蹤的總體模型，如圖 45： P / WU / VP m0204060805 10 15 20 25I / AU / V5 10 15 20 25123450燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 45 MPPT 算法總體模型 固定電壓跟蹤法的仿真及結(jié)果 下面是固定電壓法的算法模型以及太陽(yáng)能電池輸出功率的跟蹤曲線。 圖 46 固定電壓跟蹤法的算法模型 上圖是固定電壓跟蹤法的算法模型，我們將其替換到總模型的 MPPT模塊里，就可以實(shí)現(xiàn)固定電壓跟蹤法的仿真。 圖 47 是利用固定電壓跟蹤法得到的太陽(yáng)能電池輸出功率的跟蹤波形，可以看出，固定電壓跟蹤法的精度不是很高，另外，當(dāng)溫度發(fā)生劇烈變化時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出特性也會(huì)隨之發(fā)生改變，因此最大功率點(diǎn)處的輸出電壓也會(huì)發(fā)生較大改變，由于固定電壓法的精度不高，這樣就會(huì)使太陽(yáng)能電池的工第 4 章 光伏陣列 MPPT 仿真結(jié)果與分析 27 作點(diǎn)很大的偏離最大功率點(diǎn)，從而造成更大 的功率損失，因此不適合在四季溫差或日溫差比較大的地區(qū)使用。 圖 47 固定電壓跟蹤法實(shí)現(xiàn)的輸出功率波形 擾動(dòng)觀測(cè)法的仿真及結(jié)果 下面是擾動(dòng)觀察法的仿真模型以及太陽(yáng)能電池輸出功率的跟蹤曲線。 圖 48 擾動(dòng)觀察法的算法模型 將擾動(dòng)觀察法的算法替換到總模型的 MPPT 模塊里面，運(yùn)行后我們就可以得到它的輸出功率跟蹤曲線，如圖 49： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 49 擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)的輸出功率波形 上圖是利用擾動(dòng)觀察法得到的太陽(yáng)能電池輸出功率的跟蹤曲線，在正常的條件下，輸出波形與利用固定電壓法得到的輸出波形相差不大，但是相比之下，擾動(dòng)觀察法的精度更高些，它是一個(gè)功率尋優(yōu)過(guò)程，在尋優(yōu)過(guò)程中不斷的調(diào)整參考電壓，它的算法簡(jiǎn)單可靠，對(duì)傳感器精度要求不高，易于硬件實(shí)現(xiàn)，然而系統(tǒng)始終在擾動(dòng)，太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)一直在最大功率點(diǎn)附近來(lái)回振蕩，有一定 的功率損失。 導(dǎo)納微增量法的仿真及結(jié)果 圖 410 和圖 411 是電導(dǎo)增量法的仿真模型以及太陽(yáng)能電池的輸出功率跟蹤曲線。與前面的兩種方法一樣，將電導(dǎo)增量法的算法模型替換總模型里的 MPPT 模塊，運(yùn)行后，我們就可以得到利用電導(dǎo)增量法實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能電池輸出功率的跟蹤曲線 。 第 4 章 光伏陣列 MPPT 仿真結(jié)果與分析 29 圖 410 導(dǎo)納微增量法的算法模型 圖 411 導(dǎo)納微增量法實(shí)現(xiàn)的輸出功率波形 從上圖可以看出，與固定電壓跟蹤法以及擾動(dòng)觀察法相比較，電導(dǎo)增量法的精度精確，能夠很好地跟蹤太陽(yáng)能電池的最大輸出功率，它是通過(guò)測(cè)量和比較光伏陣列輸出端的 動(dòng)態(tài)電導(dǎo)值與此時(shí)的靜態(tài)電導(dǎo)的負(fù)數(shù)值的大小，用以判斷調(diào)節(jié)光伏陣列輸出電壓方向，能夠適應(yīng)周邊環(huán)境的快速變化，因此具有較高的控制精度，不會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)觀察法工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)附近來(lái)回振蕩而造成功率損失的情況，然而系統(tǒng)比較復(fù)雜。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 三 種 MPPT 算法的比較 當(dāng)只改變太陽(yáng)能電池的表面溫度，當(dāng)太陽(yáng)能電池的表面溫度為 50℃ 的時(shí)候，通過(guò)幾種 MPPT 算法得到的太陽(yáng)能電池輸出功率跟蹤曲線如下面圖412。 圖 412 太陽(yáng)能電池表面溫度為 50℃ 時(shí)光伏電池輸出功率跟蹤曲線比較 圖 413 是正常情況下，即光照強(qiáng)度為 1000 時(shí)，太陽(yáng)能電池表面溫度為25℃ 時(shí)，通過(guò)幾種 MPPT 算法得到的太陽(yáng)能電池輸出功率跟蹤曲線。 第 4 章 光伏陣列 MPPT 仿真結(jié)果與分析 31 圖 413 太陽(yáng)能電池表面溫度為 25℃ 時(shí)光伏電池輸出功率跟蹤曲線比較 本章小結(jié) 通過(guò)圖 412 跟圖 413 的比較，可以知道，當(dāng)太陽(yáng)能電池的參數(shù)，外界條件合適的時(shí)候，幾種 MPPT 算法都能夠跟蹤到最大功率點(diǎn)，如圖 413,三種算法里面，電導(dǎo)增量法是最精確的，擾動(dòng)觀察法次之，固定電壓法也能夠不錯(cuò)的跟蹤到最大功率點(diǎn)，且容易實(shí)現(xiàn)。從圖 412 中可以知道，當(dāng)外界條件改變的時(shí)候，固定電壓法并不能很好的跟蹤到最大功率點(diǎn) ，因?yàn)樗J(rèn)定的是電壓是固定的，所以當(dāng)溫度發(fā)生劇烈變化時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出特性也會(huì)隨之發(fā)生改變，因此最大功率點(diǎn)處的輸出電壓也會(huì)發(fā)生較大改變，這樣就會(huì)使太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)很大的偏離最大功率點(diǎn)，從而造成更大的功率損失，它不適合在四季溫差或日溫差比較大的地區(qū)使用。擾動(dòng)觀察法與電導(dǎo)增量法隨著外界條件的改變，都能夠跟蹤到最大功率點(diǎn)，只是擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)始終在擾動(dòng)，太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)一直在最大功率點(diǎn)附近來(lái)回振蕩，有一定的功率損失，電導(dǎo)增量法能夠精確地跟蹤到最大功率點(diǎn)，外界條件變化時(shí)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 也能快速的跟蹤到，只是 算法較復(fù)雜，對(duì) 參數(shù)采樣精度的要求高，硬件實(shí)現(xiàn)難度大，計(jì)算量大。 通過(guò)不同 MPPT 算法的比較，可以知道，各種方法都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在不同的情況下我們可以有根據(jù)的選擇不同的算法來(lái)對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行跟蹤。 結(jié)論 33 結(jié)論 光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)在當(dāng)今能源危機(jī)的形勢(shì)下，得到了快速地發(fā)展。雖然光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵性技術(shù)日漸成熟，但成本高、效率低等特點(diǎn)嚴(yán)重制約其廣泛發(fā)展與應(yīng)用。因此如何提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，從而降低開(kāi)發(fā)成本，日漸成為國(guó)內(nèi)外光伏專(zhuān)家研究的重點(diǎn)。 本文以提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率為目的，以光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤算法為研究對(duì)象， 對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)特性以及光伏陣列模型、光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤方法等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并對(duì)研究成果進(jìn)行仿真分析。本論文的主要成果如下： 1) 光伏陣列輸出特性是光伏發(fā)電系統(tǒng)研究中的最基本問(wèn)題，為詳細(xì)研究光伏陣列應(yīng)用特性，本文在光伏陣列輸出特性方程的基礎(chǔ)上，運(yùn)用 Matlab/Simulink 建立光伏陣列仿真模型，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真、指導(dǎo)理論研究和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)保證。理論分析仿真結(jié)果證明：仿真模型能夠準(zhǔn)確反映光伏陣列輸出特性，對(duì)于了解和掌握光伏陣列特性和指導(dǎo)實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 2) MPPT 方法是光伏發(fā)電系統(tǒng)中提高系統(tǒng)效率的重要手段。本文在介紹光伏陣列輸出特性及其仿真模型的基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了最大功率點(diǎn)跟蹤的方法和原理。 3) 通過(guò)不同 MPPT 算法的比較，可以知道，各種方法都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在不同的情況下我們可以有根據(jù)的選擇不同的算法來(lái)對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行跟蹤。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)論文 34 參考文獻(xiàn) 1 王長(zhǎng)貴 . 新能源和可再生能源的現(xiàn)狀和展望，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇論文集， 2021， 9： 417 2 WEN Lizi. 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