mppt毕业设计开题报告

文献综述太阳能资源丰富，分布广泛，开发利用前景广阔。太阳能光伏发电作为太阳能利用的重要方式，已经得到世界各国的极大关注。近十几年来，太阳能光伏发电技术得到了突飞猛进的发展，产业规模得到了极大的扩张，光伏组件的产量和发电容量不断增加，已有许多发电站投入使用，取得了良好的社会效益。在国际市场的带动下，我国太阳能光伏产业也得到了快速发展，在光伏发电技术和光伏电池的成本上均已形成一定的国际竞争力。从发展趋势来看，太阳能光伏发电已成为技术可行、经济合理、具备规模化发展条件的可再生能源利用方式，对合理控制能源消费总量、实现非化石能源目标起重要作用。光伏发电最先始于1839年，当时，法国的物理学家A.E.贝克勒(Becqurel)利用酸性水溶液和贵金属电极进行实验，意外地发现了“光生伏打效应”(PhotovoltaicEffect)。1876年左右，科学家们开始了固体光电器件的研究，这其中主要包括硒及硒的氧化物势垒中的光电导和光电效应，大约在1880年，光电导硒光伏电池开始了第一次商业应用。1954年，贝尔实验室研制出了第一块实用晶体硅光伏电池，太阳能转换为电能的实用光伏发电技术随之诞生，从此开辟了太阳能光伏发电应用的新时代。光伏电池是太阳能发电的核心部件。通常的光伏电池是以半导体P-N结受太阳光照产生光生伏打效应为基础，直接将光能转化为电能的能量转换器。光伏电池的典型输出特性如图1所示。由图可见，当输出电压较小时，光伏电池近似为恒流源；当输出电压较大时，光伏电池近似为恒压源。而且，光伏电池的输出功率在某点处达到最大值，称为最大功率点(MaximumPowerPoint,MPP)。对于光伏发电系统来说，光伏电池往往是成本比重最大的部件，因此总希望光伏电池能尽可能地输出最大功率，而相应的提高功率输出的控制方法被称为光伏电池的最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT)策略。图1光伏电池的典型输出特性光伏发电系统的主要缺点之一是光伏电池的光电转换效率太低，一般多晶硅电池的转换效率为12%~14%，单晶硅光伏电池的转换效率为14%~18%，如果再考虑逆变器的效率，则光伏发电系统的综合效率只有10%多一点。为了最大限度地利用太阳能，一是提高光伏阵列的转换效率；二是在逆变器的结构或控制上采取有效的方法，实时地调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，而这一调节过程即为最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT)。光伏电池有着复杂的非线性输出特性，光伏阵列的输出电压和电流在很大程度上受日照强度和温度的影响，当光照强度、温度等自然条件改变时，光伏阵列的输出特性和输出功率也会发生改变，系统工作点因此而改变，若不及时调整系统工作点，必然会导致系统效率的降低，即使在同一光照强度和温度下，由于负载的不同，阵列输出功率也是不同的，如果将其直接与负载相连，就不能保证阵列工作在最大功率点上，从而造成功率的损失。因此，对于光伏发电系统来说，应当寻找光伏电池的最优工作状态，以最大限度地将光能转化为电能。通常将大量的光伏电池单元通过串联或/和并联的方式，采用一定的工艺封装为一个整体，构成能提供一定容量直流电能的发电单元，称为光伏模组、光伏组件或光伏电池板。由多片光伏模组互相连接，也是更多光伏电池的连接组成光伏阵列，光伏阵列用于大规模的光伏发电系统。最大功率点跟踪通常是针对光伏组件或光伏阵列进行的。如前所述，在一定的光照强度、环境温度和其他因素下，光伏电池可以输出不同的直流电压，但是只有在某一个特定输出电压值时，输出功率才能达到最大值，这时光伏电池工作在该条件下P-U曲线的最高点，被称为最大功率点。这样最大限度的让光伏电池输出最大功率，使其发挥最大效率。因此不断的根据不同的光照强度、环境温度等外部特性来调整光伏电池的输出工作点，使之始终工作于最大功率点附近。这种技术被称为最大功率点跟踪(MPPT)技术。图2和图3所示分别为光伏电池输出特性随光照和温度的变化曲线。图2光伏电池输出特性随光照的变化曲线图3光伏电池输出特性随温度的变化曲线人们最早对MPPT技术的研究是将多个光伏电池按不同的并联和串联的排列方式组合起来，在特定的外部环境和负载情况下，通过改变光伏电池的排列方式，可以达到较大功率的输出。这种方法在外部环境改变后，就不能保证最大功率的输出。随后出现了扰动观察法和电导增量法两种基本的MPPT研究方法。其中扰动观察法的结构简单、被测参数少，而电导增量法在外界环境发生迅速变化时，其动态性能和跟踪特性比扰动观察法好。但是这两种方法都存在一个共同的缺点，即步长固定：步长较小时，导致光伏阵列长时间地滞留在低功率输出区；步长较大时，会导致系统振荡。针对这一缺点提出了变步长的寻优法：当距离最大功率点较远时，取较大步长，使寻优速度加快；当距离最大功率点较近时，取较小步长，这样就会慢慢接近最大功率点；当非常接近最大功率点时，系统稳定在该点工作。随着半导体功率器件、单片机及DSP的迅速发展，MPPT研究技术达到鼎盛时期，各国的研究者提出了各种有效的跟踪控制方法，其中包括：①采用单片机控制DC/DC转换器的占空比来调节光伏电池阵列的输出，从而达到最大功率点的跟踪；②给逆变器输入小正弦信号改变其开关频率来调节光伏电池阵列端电压，从而达到最大功率的输出；③在某一固定的外界环境下，最大功率点与电路变量（如开路电压、短路电流）间的关系是线性的，通过DSP控制输出电流、电压使输出功率达到最大。几种常见的MPPT方法：1.扰动观察法扰动观察法的基本原理是每隔一定的时间增加或者减少光伏电池输出电压，并观察其后面的输出功率变化方向，从而决定下一步的控制策略。该方法的优点是控制算法比较简单，对电量传感器精度要求不高。其缺点为总是在光伏电池最大功率点附近振荡运行，产生一定的功率损失，另外，跟踪步长的设定难以兼顾跟踪精度和响应速度，并且有时会出现判断错误现象。2.电导增量法电导增量法是通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变控制信号。由光伏电池特性曲线可知，最大功率点处满足0PVPVPVPVPVPVPVPVPVPVPVPVdPdUdIdIIUIUdUdUdUdU(1)由式(1)就可以判断出光伏电池是否工作在最大功率点处。这种方法控制精确，响应速度快，适用于光照强度不断变换的情况下。3.寄生电容法寄生电容法是在电导增量法的基础上，根据光伏电池单元存在的结电容所提出的算法。该方法在电导增量法的基础上，引入结电容变量，根据开关纹波干扰阵列，测量光伏电池输出功率和输出电压的平均谐波波动，计算得出等值寄生导纳，再进行自寻优，从而实现最大功率点跟踪。4.模糊控制法模糊控制在实现过程中，先把采集到的信息模糊化，然后进行模糊决策，求得控制量的模糊集，再经去模糊化得出输出控制量，作用于被控对象，使被控过程达到预期的控制效果。模糊控制综合了直觉经验，具有不依赖被控对象的精确数学模型、鲁棒性强、响应速度快的特点，适用于难以建立数学模型的对象，或对干扰十分严重的系统进行控制。但其也存在着精度不高易产生振荡现象等问题。5.人工神经网络法人工神经网络是一个由大量简单的处理单元广泛连接组成的复合网络，可以分为前馈型和反馈型。神经网络必须通过学习才能实现其功能。学习的一般算法是前馈式网络中的误差逆向传播(BP)算法，学习过程由正向传播和反向传播两个过程组成。在正向传播过程中，输入信息从输入层经隐蔽单元层逐层处理并传向输出层，每一层神经元的状态只影响下一层神经元的状态，如果在输出层得不到期望的输出，则转入反向传播，将误差信号沿原来的连接通路返回。通过修改各层神经元的权值，使得误差信号最小。MPPT技术在应用中仍然存在许多问题，可以归纳总结为：①误跟踪现象；②缺乏统一的定量评价标准；③实验验证困难；④对实际运行状态的考虑不足；⑤多峰值问题；等。如何解决这些问题，以提高MPPT技术应用水平，是光伏发电逆变器应用过程中的重点和难点。参考文献[1]茆美琴，余世杰，苏建徽.带有MPPT功能的光伏阵列matlab通用仿真模型[J].系统仿真学报，2005，17(5)：1248-1251.[2]邵卫超，朱凌.基于matlab的光伏电池阵列MPPT仿真研究[J].电源技术，2012，36(2)：209-211.[3]汤济泽，王丛岭，房学法.一种基于电导增量法的MPPT实现策略[J].电力电子技术，2011，45(5)：73-75.[4]赖东升，杨苹.一种应用于光伏发电MPPT的变步长电导增量法[J].电力电子技术，2012，46(3)：40-42.[5]Joe-AirJiang，Tsong-LiangHuang，Ying-TungHsiao，Chia-HongChen.MaximumPowerTrackingforPhotovoltaicPowerSystems[J].TamkangJournalofScienceandEngineering,2005，18(2)：147-153.[6]赵争鸣，陈剑，孙晓瑛.太阳能光伏发电最大功率点跟踪技术[M].北京：电子工业出版社，2014.[7]魏学业，王立华，张俊红，谷建柱，惠子南.光伏发电技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2013.[8]任碧莹，申明，孙向东.一种新颖的光伏电池最大功率点跟踪方法[J].电力电子技术，2010(11)：135-139.[9]王义飞，吴伟，张皞华，徐悦.改进型变步长光伏最大功率点快速跟踪[J].上海大学学报(自然科学版)，2011(03)：166-171.[10]李冬辉，王鹤雄，朱晓丹，李征.光伏并网发电系统几个关键问题的研究[J].电力系统保护与控制，2010(21)：122-128.[11]王武军,苗润才,高均立,李增生.太阳电池最大功率点跟踪研究[J].西安文理学院学报(自然科学版),2009(02)：143-148.[12]刘栋,杨苹,黄锦成.一种光伏发电系统变步长MPPT控制策略研究[J].电气传动,2011(04)：133-140.[13]唐文芳，丁宣浩，卢文全.光伏电池单元最大功率点跟踪的直接检测法[J].可再生能源，2007(06)：152-158.[14]温嘉斌，刘密富.光伏系统最大功率点追踪方法的改进[J].电力自动化设备,2009(06)：136-142.[15]唐渝，赵莉华.光伏发电的最大功率点跟踪控制[J].电源世界，2010(06)：60-66.[16]毛书哲，陈伟.一种基于扰动观察法的最大功率点跟踪控制研究[J].工业设计，2011(05)：45-50.本课题要研究的是光伏发电系统最大功率追踪控制，研究该课题的目的是通过对光伏发电系统的学习和研究，了解和掌握光伏发电系统最大功率追踪的原理和方法，建立光伏发电系统的仿真模型进行仿真研究，从而实现系统的最大功率追踪控制。拟采用下列研究途径实现该课题：1.前期准备：收集相关资料，查阅中外文献、请教老师和同学；2.学习并研究光伏发电系统的变流系统；3.了解和掌握光伏发电系统的最大功率追踪原理和方法；4.明确光伏系统最大功率点跟踪控制系统的要求和组成；5.学习使用Matlab、Simulink等软件；6.根据任务要求，确定总体跟踪控制方案；7.进行跟踪控制系统总体设计；8.完成跟踪控制系统的数据采集、仿真流程图及实验结果图。