【導讀】理論研究型（）；計算機軟件型（）；綜合型（）。內容：1、了解當今光伏發(fā)電的現(xiàn)狀，并掌握光伏電池的工作原理。并熟練運用MATLAB軟件進行仿真。種方法的優(yōu)缺點。畢業(yè)設計說明書一本，查閱一篇相關英文參考文獻及譯文。1．遵守畢業(yè)設計期間的紀律，按時答疑；2．獨立完成設計任務，培養(yǎng)基本的科研能力；紙中的文字符號符合國家現(xiàn)行標準；少對傳統(tǒng)化石能源的依賴。在這些可再生能源之中太陽能是其中不可獲取的。一部分，它有自己獨特的廣泛性和清潔性受到人們的青睞。首先是對光伏電池的數(shù)學模型，根據(jù)數(shù)

　　

【正文】 等于 Um 時， UIdUdI // ?? ，保持光伏陣列的參考電壓 Uref不變。 根據(jù)上面的公式推導可知，在光伏電池最大功率點跟蹤控制的過程中，可以根據(jù) dUdI/ 與 UI/? 之間的關系式進行工作點電壓的調整以實現(xiàn)光伏電池的最大功率點跟蹤。 圖 35 導納微增法控制流程圖 導納微增法的控制流程圖如圖 35 所示。圖中 Un、 In 為檢測到光伏陣列的當前電壓、電流值， Ub、 Ib 為上一控制周期的采樣值。理論上這種控開始采樣U n 、 I ndu = 0U ref = U ref + Δ UU b = U nI b = I n結束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跟蹤控制方法 23 制方法比較令人滿意，因為它在下一時刻的變化方向完全取決于在該時刻的電導 的變化率和瞬時負電導值的大小關系，而與前一時刻的工作點電壓以及功率的大小無關，因而能夠適應日照強度地快速變化，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，實現(xiàn)起來相對比較困難。 采用導納微增法的優(yōu)點： 1) 控制效果好； 2) 控制穩(wěn)定度高，當外部環(huán)境參數(shù)變化時系統(tǒng)能平穩(wěn)的追蹤其變化，且與太陽能電池組件的特性及參數(shù)無關。 采用導納微增法的缺點： 1) 控制算法較復雜，對控制系統(tǒng)要求較高； 2) 控制電壓初始化參數(shù)對系統(tǒng)啟動過程中的跟蹤性能有較大影響，若設置不當則可能產生 較大的功率損失。 本章小結 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到最大值。光伏陣列 MPPT 就是調整光伏陣列的工作點，使光伏發(fā)電系統(tǒng)工作再最大功率點附近的工程 [2025]。常用的 MPPT 控制方法由：固定電壓跟蹤法 (CVT)、擾動觀察法 (Pamp。O)和導納微增量法 (INC)，本章是對上述三種方法理論分析并了解他們的優(yōu)缺點。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 24 第 4章 光伏陣列 MPPT 仿真結果與分析 光伏陣列仿真結果 在第 2 章中已經建立了光伏 電池模型，如圖 210。現(xiàn)對所建立的模型進行仿真驗證，將該模型進行封裝，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)在在日照強度為 1000W/m2，溫度為 25℃ 的環(huán)境條件下進行仿真，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度為 1000W/m2，溫度為 25℃ 的環(huán)境條件下的短路電流約為 ，開路電壓約為 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，驗證此光伏模型的正確性。因此可以用此光伏模型進行最大功率點跟蹤的仿真。 最大功率點跟蹤的仿真 最大跟蹤功率點跟蹤的總體模型，如圖 45： P / WU / VP m0204060805 10 15 20 25I / AU / V5 10 15 20 25123450燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 26 圖 45 MPPT 算法總體模型 固定電壓跟蹤法的仿真及結果 下面是固定電壓法的算法模型以及太陽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，當溫度發(fā)生劇烈變化時，太陽能電池的輸出特性也會隨之發(fā)生改變，因此最大功率點處的輸出電壓也會發(fā)生較大改變，由于固定電壓法的精度不高，這樣就會使太陽能電池的工第 4 章 光伏陣列 MPPT 仿真結果與分析 27 作點很大的偏離最大功率點，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 固定電壓跟蹤法實現(xiàn)的輸出功率波形 擾動觀測法的仿真及結果 下面是擾動觀察法的仿真模型以及太陽能電池輸出功率的跟蹤曲線。 圖 48 擾動觀察法的算法模型 將擾動觀察法的算法替換到總模型的 MPPT 模塊里面，運行后我們就可以得到它的輸出功率跟蹤曲線，如圖 49： 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 圖 49 擾動觀察法實現(xiàn)的輸出功率波形 上圖是利用擾動觀察法得到的太陽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，擾動觀察法的精度更高些，它是一個功率尋優(yōu)過程，在尋優(yōu)過程中不斷的調整參考電壓，它的算法簡單可靠，對傳感器精度要求不高，易于硬件實現(xiàn)，然而系統(tǒng)始終在擾動，太陽能電池的工作點一直在最大功率點附近來回振蕩，有一定 的功率損失。 導納微增量法的仿真及結果 圖 410 和圖 411 是電導增量法的仿真模型以及太陽能電池的輸出功率跟蹤曲線。與前面的兩種方法一樣，將電導增量法的算法模型替換總模型里的 MPPT 模塊，運行后，我們就可以得到利用電導增量法實現(xiàn)的太陽能電池輸出功率的跟蹤曲線 。 第 4 章 光伏陣列 MPPT 仿真結果與分析 29 圖 410 導納微增量法的算法模型 圖 411 導納微增量法實現(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觀察法相比較，電導增量法的精度精確，能夠很好地跟蹤太陽能電池的最大輸出功率，它是通過測量和比較光伏陣列輸出端的 動態(tài)電導值與此時的靜態(tài)電導的負數(shù)值的大小，用以判斷調節(jié)光伏陣列輸出電壓方向，能夠適應周邊環(huán)境的快速變化，因此具有較高的控制精度，不會出現(xiàn)擾動觀察法工作點在最大功率點附近來回振蕩而造成功率損失的情況，然而系統(tǒng)比較復雜。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 30 三 種 MPPT 算法的比較 當只改變太陽能電池的表面溫度，當太陽能電池的表面溫度為 50℃ 的時候，通過幾種 MPPT 算法得到的太陽能電池輸出功率跟蹤曲線如下面圖412。 圖 412 太陽能電池表面溫度為 50℃ 時光伏電池輸出功率跟蹤曲線比較 圖 413 是正常情況下，即光照強度為 1000 時，太陽能電池表面溫度為25℃ 時，通過幾種 MPPT 算法得到的太陽能電池輸出功率跟蹤曲線。 第 4 章 光伏陣列 MPPT 仿真結果與分析 31 圖 413 太陽能電池表面溫度為 25℃ 時光伏電池輸出功率跟蹤曲線比較 本章小結 通過圖 412 跟圖 413 的比較，可以知道，當太陽能電池的參數(shù)，外界條件合適的時候，幾種 MPPT 算法都能夠跟蹤到最大功率點，如圖 413,三種算法里面，電導增量法是最精確的，擾動觀察法次之，固定電壓法也能夠不錯的跟蹤到最大功率點，且容易實現(xiàn)。從圖 412 中可以知道，當外界條件改變的時候，固定電壓法并不能很好的跟蹤到最大功率點 ，因為它認定的是電壓是固定的，所以當溫度發(fā)生劇烈變化時，太陽能電池的輸出特性也會隨之發(fā)生改變，因此最大功率點處的輸出電壓也會發(fā)生較大改變，這樣就會使太陽能電池的工作點很大的偏離最大功率點，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。擾動觀察法與電導增量法隨著外界條件的改變，都能夠跟蹤到最大功率點，只是擾動觀察法實現(xiàn)的系統(tǒng)始終在擾動，太陽能電池的工作點一直在最大功率點附近來回振蕩，有一定的功率損失，電導增量法能夠精確地跟蹤到最大功率點，外界條件變化時燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 32 也能快速的跟蹤到，只是 算法較復雜，對 參數(shù)采樣精度的要求高，硬件實現(xiàn)難度大，計算量大。 通過不同 MPPT 算法的比較，可以知道，各種方法都有其各自的優(yōu)缺點，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對太陽能電池進行跟蹤。 結論 33 結論 光伏發(fā)電技術和產業(yè)在當今能源危機的形勢下，得到了快速地發(fā)展。雖然光伏發(fā)電系統(tǒng)運行的關鍵性技術日漸成熟，但成本高、效率低等特點嚴重制約其廣泛發(fā)展與應用。因此如何提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，從而降低開發(fā)成本，日漸成為國內外光伏專家研究的重點。 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象， 對光伏發(fā)電系統(tǒng)特性以及光伏陣列模型、光伏陣列最大功率點跟蹤方法等問題進行了系統(tǒng)的研究，并對研究成果進行仿真分析。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)研究中的最基本問題，為詳細研究光伏陣列應用特性，本文在光伏陣列輸出特性方程的基礎上，運用 Matlab/Simulink 建立光伏陣列仿真模型，為實現(xiàn)系統(tǒng)仿真、指導理論研究和系統(tǒng)設計提供了基礎保證。理論分析仿真結果證明：仿真模型能夠準確反映光伏陣列輸出特性，對于了解和掌握光伏陣列特性和指導實際系統(tǒng)設計具有重要的理論意義和實用價值。 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上詳細介紹了最大功率點跟蹤的方法和原理。 3) 通過不同 MPPT 算法的比較，可以知道，各種方法都有其各自的優(yōu)缺點，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對太陽能電池進行跟蹤。 燕山大學本科生畢業(yè)論文 34 參考文獻 1 王長貴 . 新能源和可再生能源的現(xiàn)狀和展望，太陽能光伏產業(yè)發(fā)展論壇論文集， 2021， 9： 417 2 WEN Lizi. 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