【正文】 伏陣列（或蓄電池）、電感、開關管、二極管、電容器和負載構成。 考慮到 Boost 電路本身具有較高的效率，而且它能使直流測電壓配置更加靈活，因此，本文研究使用的光伏發(fā)電系統(tǒng)的前級 DC/DC 電路采用的是 Boost 型變換器。 ④ C這類電路在 MPPT 控制電路中得到普遍應用。 MPPT 控制方案設計 MPPT 控制的基本電路 光伏陣列 MPPT 控制一般要通過 DC/DC 電路實現，主要采用的電路結構有以下幾種： ① Buck 型變換器：廣泛應用于光伏陣列最大功率點跟蹤、蓄電池充電和光伏直流電機控制等，優(yōu)點是結構簡單、效率高、控制易于實現，缺點是只能用于降壓輸出控制。 采用電導增量法的主要優(yōu)點是 MPPT 的控制穩(wěn)定度高，當外部環(huán)境參數變化時，系統(tǒng)能平穩(wěn)地追蹤其變化，且與光伏電池的特性和參數無關。則可以推導出工作點位于最大功率點時需滿足以下關系： UIdUdI ?? （ 35） 實際中以△ I/△ U 近似代替 dI/dU,則使用電導增量法進行最大功率點跟蹤時判據如下： △ I/△ U I/U 最大功率點左邊 △ I/△ U = I/U 最大功率點 △ I/△ U I/U 最大功率點右邊 定步長電導增量法流程圖如圖 37 所示 . 圖 37 定步長電導增量法流程圖 其中△ U 為每次系統(tǒng)調整工作點時固定的電壓改變量（步長）， Uref 為下一工作點電壓。 顯然，通過對 dP/dU 的定量分析，可 以得到相應的最大功率點判據。 光伏電池 PU 特性曲線及 dP/dU 變化特征如圖 36 所示。 根據擾動觀測法的分析，表明，最大功率點跟蹤實質上就是搜索滿足條件dP/dU=0 的工作點。 圖 35 光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用模糊邏輯控制方法控制流程圖 電導增量法 電導增量法 [8]（ Incremental Conductance， INC）也是 MPPT 控制常用的算法之一。 1） E（ k） ＜ 0, CE（ k） ≥ 0 時， P 由左側向 Pm 靠近；則 dU 應為正，以繼續(xù)靠近最大功率點； 2） E（ k） ＜ 0, CE（ k） ＜ 0 時， P 由左側遠離 Pm；則 dU 應為正，以繼續(xù)N 靠近最大功率點； 3） E（ k） ＞ 0, CE（ k） ≤ 0 時， P 由右側靠近 Pm；則 dU 應為負，以繼續(xù)靠近最大功率點； 4） E（ k） ＞ 0, CE（ k） ＞ 0 時， P 由右側遠離 Pm；則 dU 應為負，以繼續(xù)靠近最大功率點； 0 . 7 0 . 80 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 90 . 0 50 . 1 00 . 1 50 . 2 00 . 2 50 . 3 00 . 3 50 . 4 00 . 4 50 . 5 0輸出功率標幺值端 電 壓 標 幺 值E ( k ) ＜ 0C E ( k ) ≥ 0E ( k ) ＜ 0C E ( k ) ＜ 0E ( k ) ＞ 0 C E ( k ) ＞ 0E ( k ) ＞ 0C E ( k ) ≤ 0 圖 34 MPPT 的邏輯控制規(guī)則示意圖 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用模糊邏輯方法實現 MPPT 控制，可以通過 DSP 比較方便的執(zhí)行，其中控制器的設計主要包括以下幾個方面內容： ① 確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量 ② 歸納和總結幕后控制器的控制規(guī)則 ③ 確定模糊化和反模糊化的方法 ④ 選擇論域并確定有關參數 在模糊邏輯控制中，通常用系統(tǒng)的實際輸出量與設定的期望值相比較，得到一個偏差值 E，一般還需要根據該偏差的變化率 EC 進行綜合判斷。顯然，若 E（ k） =0，則表明光伏電池已經工作在最大功率輸出狀態(tài)。所以可定義模糊邏輯控制器的輸出變量為工作點電壓的校正值 dU。 引入模糊控制，首先應當確定模糊邏輯控制器的輸入和輸出變量。 模糊邏輯控制 由于太陽光照強度的不確定性、光伏陣列溫度的變化、負載情況的變化以及光伏陣列輸出特征的非線性特征，要實現光伏陣列最大功率點的準確跟蹤需要考慮的因素是很多的。 擾動觀測法這種控制方法雖然算法簡單，且易于硬件實現，但是響應速度很慢，只適用于那些光照強度變化非常緩慢的場合。 輸出功率標幺值端 電 壓 標 幺 值0 . 7 0 . 80 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 90 . 0 50 . 1 00 . 1 50 . 2 00 . 2 50 . 3 00 . 3 50 . 4 00 . 4 50 . 5 0PP 1P 2UU 1U 2Δ U( c )輸出功率標幺值端 電 壓 標 幺 值0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 90 . 0 50 . 1 00 . 1 50 . 2 00 . 2 50 . 3 00 . 3 50 . 4 00 . 4 50 . 5 0P 2PP 1U 2U 1UΔ U( d ) 圖 32 擾動觀測法的 MPPT 過程示意圖 可見，擾動觀測法就是按照圖 32 所示的過程反復進行輸出電壓擾動，并使其電壓不斷變化，使光伏電池輸出功率朝大的方向改變，直到工作點接近最大功率點。 當減小參考電壓 U（ U1=U△ U）時，若 P1P，表明當前工作點位于最大功率點右側，此時系統(tǒng)應保持減小參考電壓的擾動方式，即 U2=U1△ U，如圖 32c所示。 擾動觀測法 的 MPPT 過程，具體描述如下： 當增大參考電壓 U（ U1=U+△ U）時，若 P1P，表明當前工作點位于最大功率點左側，此時系統(tǒng)應保持增大參考電壓的擾動方式，即 U2=U1+△ U，其中 U2為二次調整后的電壓值，如圖 32a 所示。 一般正常情況下，光伏電池 PU 特性曲線是一個以最大功率點為極值的單峰值函數，這一特點為采用擾動法來尋找最大功率點提供了條件，而擾動觀測法實際上采用了步進搜索的思路，即從起始狀態(tài)開始，每次對輸入信號做一有限的變換，然后測量由于輸入信號變換引起輸出變換的大小和方向，待方向辨別后，再控制被控對象的輸入按需要的方向調節(jié)，從而實現自尋優(yōu)最優(yōu)控制。 對于光伏并網系統(tǒng)而言，從觀測對象來說，擾動觀測法又分為兩種：一種是基于并網逆變器輸入參數的擾動觀測法；另一種是基于并網逆變器輸出參數的擾動觀測法。O）是目前實現 MPPT 常用的自尋優(yōu)類方法之一。 曲 線 2曲 線 1負 載 2負 載 1A `BB `AI / AU / V 圖 31 MPPT 算法分析圖 現代最大功率點跟蹤方法 干擾觀察法 干擾觀察法 [6]（ Perturb amp。為了繼續(xù)追蹤最大功率點，應當將系統(tǒng)的負載特性由負載 1 變化至負載 2，以保證系統(tǒng)運行在新的最大功率點 B。 假設圖 31 中曲線 1 和曲線 2 為兩種不同光照強度下光伏陣列的輸出曲線，A 點和 B 點分別為相應的最大功率輸出點；并假設某一時刻，系統(tǒng)運行在 A 點。這樣即使光伏電池的結溫升高使得列陣的輸出功率減少，系統(tǒng)仍然可以運行在當前工況下的最佳狀態(tài)。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的整體效率，一個重要的途徑就是實時調整光伏電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程稱之為最大功率點跟蹤（ MPPT）。 3 光伏陣列最大功率點跟蹤（ MPPT）控制 光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強度、環(huán)境溫度和負載情況的影響。其中所指的溫度應為光伏陣列本體的溫度而非環(huán)境溫度。由該曲線族可以看到開路電壓 UOC 線性的隨溫度變化，短路電流 ISC 隨溫度有微弱的變化。 溫度對光伏電池輸出參數的影響如圖 26 所示。由該曲線族可以看到開路電壓 UOC 隨光照強度的變化不明顯，而短路電流 ISC 則隨光照強度有明顯的變化。 光照強度對光伏電池輸出參數的影響如圖 25 所 示。光照強度（ S）和溫度（ T）是確定光伏電池輸出特性的兩個主要參數[3]。有光伏電池的伏安特性曲線可繪制出 PU 曲線，如圖 24 所示。經過坐標變換，最后可得到常用的光照光伏電池的電流 電壓特性曲線，如圖 23 所示。 光伏電池的特性曲線 光伏電池的電壓 電流關系曲線，簡稱伏安特性曲線 [2]，如圖 22 所示。Rsh 為旁路電阻，一般為幾千歐姆。 Rs 為串聯電阻，一般小于 1 歐姆。所謂開路電壓，是把光伏電池置于 100m W/cm2 的光源照射下，且光伏電池輸出兩端開路（ RL→∞）時所測得的輸出電壓值。 IL 為光伏電池輸出的負載電流。所謂暗電流指的是光伏電池在無光照時，由外電壓作用下 PN 結內流過的單向電流。 ID 為暗電流。環(huán)境溫度的升高， Isc 值也會略有上升，一般來講，溫度每上升高 1℃， Isc 值上升 78181。 Isc 值正比于光伏電池的面積和入射光的光照強度。當 RL=0 時，所測得電流為電池的短路電流Isc。 光伏電池的基本特性 光伏電池的等效電路 光伏電池的等效電路圖如圖 21 所示 [1]。當太陽光照射到半導體的PN 結上，就會在其兩端產生光生電壓，若在外部將 PN 結短路，就會產生光電流。所謂光生伏特效應，簡單地說，就是當物體受到光照時，其體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產 生電動勢和電流的一種效應。這個把太陽能（或其他光能）變換成電能的能量轉換器，就叫做太陽能電池（光伏電池）。 目前大規(guī)模使用的主 要是單晶硅和多晶硅電池，因為其資源豐富、轉換效率較高 (澳大利亞新南威爾士大學的格林教授已將單晶硅電池的轉換效率提高到24％ )，所以現在開發(fā)得也最快。它的種類很多，大致可分為硅光伏電池、化合物半導體光伏電池。 然后是仿真模塊，本文通過 PSCAD 仿真軟件來模擬最大功率點跟蹤系統(tǒng)，會詳細介紹仿真的過程以及結果。 課題研究的內容 本課題主要研究太陽能光伏 電池 最大功率點 跟蹤系統(tǒng)，通過控制負載端的占空比來調節(jié)負載，找到最大功率點。光伏發(fā)電成本高，無法與常規(guī)能源競爭，所以更需要政府制定強有力的法規(guī)和政策支持以驅動我國光伏產業(yè)的商業(yè)化發(fā)展。 上海 20xx 年世界博覽會總量達 1MW～ 10MW 的城市光伏發(fā)電系統(tǒng)，還有旨 在解決 8000 萬邊遠地區(qū)居民無電缺電問題的國家光明工程、家用太陽能光伏電源系統(tǒng)、鄉(xiāng)村太陽能光伏電站、青藏鐵路工程光伏電源系統(tǒng)、通信用光伏電源系統(tǒng)等。北京申辦 20xx 年奧運會，提出了“綠色奧運、人文奧運、科技奧運”的指導思想 20xx 年奧運會是最成功的一屆奧運會，光伏發(fā)電應用擔當一個重要的角色，在奧運村和運動場館規(guī)劃中，太陽能利用及光伏發(fā)電站的建設均占主要的地位。 20xx年國內光伏電池的生產能力約 20MW，但實際生產量僅僅為 4MW左右，占世界光伏電池實際生產量的 1％左右。目前，國內光電池硅片的生產能力己達 4． 5MW，在西藏 7 個無水無電 縣中已全部建成了光伏發(fā)電，其中功率最大的 100kW。通過在人口相對集中的地區(qū)建立設備容量 100kVA 以下的獨立光伏電站，解決鄉(xiāng)村一級基本生產、辦公‘生活用電需要是提高用電普及率的有效途徑；同時獨立光伏電站還可為小型農場、畜牧養(yǎng)殖中心提供電源，有利于提高當地的農牧業(yè)機械化、自動化水平。 我國西部幅員遼闊、地廣人稀、負荷密度小，不利于常規(guī)電網的延伸。技術方面，經過十多年的努力，我國光伏發(fā)電技術有了很大的發(fā)展，光伏電池技術不斷進步，與發(fā)達國家相比有差距，但差距在不斷縮小。 70年代中期后，光伏發(fā)電應用逐漸擴大到地面并形成了我國的光伏產業(yè)。我國光伏發(fā)電的現狀及前景： 我國的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)起步較晚，但是發(fā)展速度很快。大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源，以資源無限、清潔干凈的可再生能源為主的多樣性的能源結構代替以資源有限、污染嚴重的化石能源為主的能源結構己成為人們關注的焦點。另一方案是天上發(fā)電，早在 1980 年美國宇航局和能源部就提出在空間建設太陽能發(fā)電站的設想，準備在同步軌道上放一個長 10 公里、寬 5 公里的大平板，上面布滿光伏電池，這樣便可以提供 5 kW 電力。一是利用地面上的沙漠和海洋面積進行發(fā)電，并通過超導電纜將全球太陽能發(fā)電站連成統(tǒng)一電網以便全球供電。 太陽能光伏發(fā)電雖受晝夜、晴雨、季節(jié)的影響，但可以分散地進行，所以它適用于各家各戶分別進行發(fā)電，而且可以連接到供電網絡 上，使得各個家庭在電力富裕時可將其賣給電力公司，不足時又可以從電力公司買入。光伏發(fā)電本身不向外界排放廢物，沒有機械噪聲，是一種理想的能源。如遇風雨天，只需檢查太陽能電池表面是否被沾污、接線是否可靠、蓄電池電壓是否正常即可。只要將太陽能電池支撐并面向太陽即可發(fā)電，宜