光伏最大功率点跟踪系统-毕业论文答辩

课题名称：太阳能光伏电池最大功率点跟踪系统指导老师:张国琴老师组员：陈志朋·曹敏·朱海霞高职院应用电子系1.课题背景能源是人类赖以生存的物质基础，影响着人类社会发展的进程。而太阳能是一种理想的可再生能源，在对太阳能的利用中，太阳能光伏发电最具发展潜力，它的开发利用是解决能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。太阳能光伏发电是充分利用太阳能的一种有效方式。在太阳能光伏发电系统中，太阳能电池是最基本的环节，若要提高整个系统的效率就必须要提高太阳能光伏电池的转换效率，使其输出功率为最大功率。因此，本文在了解光伏发电系统的基础上，介绍了光伏电池的特性及其工程用数学模型的建立，着重对系统的光伏电池板和最大功率跟踪两个方面作了详细的研究，同时对其进行了基于PSCAD的仿真实验。高职院应用电子系2.光伏电池的特性研究光伏电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，它有三个特性：（1）输出特性：太阳能光伏电池的电压电流特性;高职院应用电子系（2)照度特性:太阳能光伏电池的功率随照度(光的强度)而变化;1)短路电流与照度成正比;2)开路电压随照度的增加而缓慢地增加；3)最大功率几乎与照度成比例增加。高职院应用电子系（3）温度特性：太阳能光伏电池的功率随温度的变化而变化。太阳能光伏电池的特性随温度上升，短路电流增加，温度再上涨时，开路电压减少，转换效率减小。从太阳能电池的三个特性可以看出:光伏电池的输出功率受三个因素的影响。即负载电阻，温度，照度。这三个中只有负载可控，温度照度，照度影响大些。高职院应用电子系光伏电池输出电压的调节:基于BOOST电路的MPPT控制结构图将光伏阵列输出电压、电流送入MPPT控制器中进行最大功率跟踪控制，MPPT输出参考电压与调制波进行比较生成PWM控制信号，该信号驱动开关管导通或关断，使其占空比D发生变化，从而改变等效电阻Ri的大小，使光伏阵列输出最大功率，具体控制算法可采用电导增量法。高职院应用电子系3.光伏阵列最大功率点跟踪算法的研究光伏系统最大功率跟踪的目的:在太阳能光伏发电系统中，光伏电池是最基本的环节，若要提高整个系统的效率必须要提高光伏电池的转换效率，使其最大限度地输出功率。然而，光伏电池的I-V特性是非线性的，它的输出功率会随着外界环境（温度、光照强度）的变化而变化，为了始终能获得最大的输出功率，所以需要进行最大功率点跟踪。高职院应用电子系常用MPPT方法：包括定电压法、干扰观察法、滞环比较法、神经元网络控制法、模糊控制法、最优梯度法等，他们实现MPPT控制的基本原理都是类似的，但具体实现方法各有差别。本文在比较分析了几种常用的MPPT方法的基础上，提出了电导增量最大功率跟踪法来实现对光伏阵列最大功率点快速跟踪和提高系统的控制性能。高职院应用电子系采用电导增量法具有以下特点：（1）控制效果好：最大功率点的判断不受系统外部电路的影响，避免了由于功率时间曲线可能为非单极值曲线而造成的最大功率点误判；（2）控制稳定度高。电导增量法在跟踪到系统的最大功率点后不存在对太阳能电池输出端口电压的持续扰动；（3）电导增量法的判断依据：太阳能电池的自身物理特性曲线，由于P-V曲线为一单峰曲线，不会因外界环境条件以及时间变化而改变其单峰曲线的属性，因此采用电导增量法进行最大功率跟踪时并无原理性误差，为一个较理想的MPPT跟踪方法。高职院应用电子系最大功率跟踪点方法：电导增量法电导增量法则是根据光伏阵列P-U曲线为一条一阶连续可导的单峰曲线的特点，利用一阶导数求极值的方法即对P=UI求全导数，可得高职院应用电子系(1)假设当前的光伏阵列的工作点位于最大功点的左侧时，此时有即，说明参考电压应向着增大的方向变化。(2)同理，假设当前的光伏阵列的工作点位于最大功率点的右侧时，此时有即说明参考电压应向着减小的方向变化。(3)假设当前光伏阵列的工作点位于最大功率点处(附近)，此时将有，此时参考电压将保持不变，也即光伏阵列工作在最大功率点上。高职院应用电子系0d/dUPUIUI/d/d0/ddUPUIdUI//d0/dUdP电导增量法流程图高职院应用电子系dI=I(k)-I(k-1)dU=U(k)-U(k-1)dU=0?dI/dU=-I/U?dI=0?dI/dU-I/U?dI0?Uref=Uref+△UUref=Uref-△UUref=Uref+△UU（k）,I(k)I(k-1)=I(k)U(k-1)=U(k)结束Y开始YYYYNNNNNUref=Uref-△U4.光伏电池阵列及MPPT的仿真PSCAD（PowerSystemComputerAidedDesign）：EMTDC/PSCAD主要功能是进行电力系统时域和频域计算仿真，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，电参数随时间变化的规律；另外EMTDC/PSCAD还可以广泛的应用于高压直流输电、FACTS控制器的设计、电力系统谐波分析及其电力电子仿真。高职院应用电子系光伏电池阵列及MPPT模块的建立：光伏电池模块：有3个控制信号作为输入端,分别为：Vin输入电压，S光照强度，T环境温度。2个输出端,分别为：Iout类似于电流源的输出，Pout功率输出。另外有个地端Ground。MPPT模块：输入电压Vin，输入电流Iin；一个输出量Vref。参考电压Vref与三角波经过比较器比较后产生PWM控制信号，用来控制DC-DC电路中的开关管的通断，进而调节DC-DC电路的输入电压Vin。也即光伏阵列的输出电压。高职院应用电子系光照强度控制模块：比较器模块:温度调节模块:高职院应用电子系仿真结果图:•光伏阵列输出电压Vin图•光伏列阵输出电流Ia图•光伏列阵输出功率Pout的波形图光伏列阵的输出功率Pout是电流Ia与电压Vin的乘积，从开始经过0.2左右的波动后到达最大功率点，如图4-18所示。光伏列阵的输出功率趋于稳定时，在最大功率点附近存在小幅度的振荡，这是由Vref的波动引起的，而Vref的波动与电导增量法本身的原理有关致谢我的论文也接近尾声，在此，我深深地感谢在场所有老师能在百忙之中给与我们指导和帮助，你们的教诲我会牢记，你们的精神我会继承，我还要深深地感谢我的导师张国琴老师。在大学的学习中，张老师给予我很多热情的鼓励和悉心的指导。本论文正是在她的指导和帮助下完成的。在论文选题、搜集数据和理论研究方面，张老师倾注了很多心血。她严谨的治学作风和渊博的学识将使我受益终生。其次感谢大学三年班主任，任课老师的悉心教诲，父母的关爱，同学的帮助。并最终感谢我的母校，是你让我们成长，让我们懂事，愿你们生活中一切都是美好安详。高职院应用电子系