当前，能源危机与环境污染日益严重，绿色环保的光伏发电受到人们的青睐。但是，光伏发电转换效率低、成本高、输出特性易受环境的影响，阻碍了光伏发电的大规模应用。于是，研究光伏发电的最大功率控制方法，对于提高光伏发电的实际转换效率，具有重要的理论价值和实用价值。
本文首先介绍了光伏发电实际背景，总结了光伏发电的现状。介绍了光伏发电的理论基础，包括电学基础和光学基础，进而得到光伏电池等效电路和物理原理。结合实际的情况，推导出可以供工程应用的数学模型，并通过多种不同情况下的仿真，验证模型的正确性。
学习了最为基础的控制方法——恒压法（CVT）。恒压法是最简单有效的最大功率控制方法，由于对环境变化比较敏感，特别是温度，所以适用于卫星等外部环境变化不大的场合。对恒压法进行了仿真验证，得到了仿真的波形。但是，它的成本低，易于调试。 HM000075
在恒压法的基础上，学习了干扰观测法和电导增量法理论内容。电压干扰法和电导增量法是更加有效的MPPT的方法,对于系统的最大功率的跟踪更加精确。其中，干扰观测法是通过一点一点地调节电压等参数，然后，测量功率的值来获得最大功率；电导增量法则是求出P-V曲线的斜率，当斜率为零时，就是最大功率。学习了Matlab/Simulink的仿真技术，对电压干扰法和电导增量法进行仿真，得到仿真波形，最终实现了对光伏发电系统的最大功率的跟踪。
关键词：光伏电池；最大功率控制方法；电压干扰法；电导增量法
  由于光伏发电容易受到外界环境的干扰，并且当前的技术下，光电转换的效率也不高。除此之外，光伏系统投入高，回收周期长。所以，为了提高光能的利用率，进一步节约成本，使光伏电池一直保持在最大的功率状态下工作输出，这种方法就是最大功率控制方法，又称最大功率点跟踪技术（MPPT）。
    在光伏电池的P-V输出特性中，我们可以看到，功率与电压，是非线性曲线，存在一个最大值。最大功率控制方法就是要通过算法，使之尽可能保持在最大值上或者附近，以达到给负载最大功率的目的，提高光能的利用率。
 随着电力电子技术的发展，目前光伏系统中的MPPT控制一般是通过DC/DC控制器和PWM模块来实现的[4]。其原理图如下：
图4.1  MPPT系统原理图 查看完整请+Q:351916072获取
4.2 DC/DC变换器
DC/DC变换器的功能是将电压幅值一定的直流电转换成另一个大小可调或电压幅值固定的直流电，这个过程是通过对电力电子器件的控制实现的，将直流电压断续的加到负载上，通过改变占空比来改变输出电压的平均值。DC/DC变换器作为一个部分，和MPPT模块仪器实现整个光伏系统的最大功率跟踪。
 根据不同分类标准DC/DC变换器可以分为多种，比如说，按照调制形式可分为脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）、混合调制；按照变换电路的功能可分为降压式变换器（Buck Converter）、升压式变换器（Boost Converter）、升压-降压复合型直流-直流变换器（Boost-Buck Converter）、库克变换器（Cuk Converter）和全桥式变换器（Full Bridge Converter）；按输入直流电源和负载交换能量的形式又可分为单象限直流斩波器、二象限直流斩波器；等等。
本文针对其中常用的三种降压式变换器（Buck Converter）、升压式变换器（Boost Converter）和升压-降压复合型变换器（Boost-Buck Converter）做了详细的介绍和分析。
4.2.1 降压式变换器
降压式变换器是PWM型变换器中最基本的一种，分析起来也很简单易懂。其电路结构如图4.2所示。
相对而言，降压式变换器结构的优点是电路简单，动态性能好。其缺点是：
（1）输入电流的脉动会引起对输入电源的电磁干扰，所以工程中常在电源和变换器之间加入一个输入滤波电容；
（2）稳态电压比一直小于1，只能降压；
（3）开关晶体管发射极没有接地，使得其驱动电路很复杂。
其电路原理图如下：
图4.2 降压式DC/DC变换电路原理图
从图4.2可以看出，电路的主要元件有：开关管Q、电感L、二极管D和电容C。Vin为电源电压，R为负载电阻， Vo为输出电压。当电路开始工作了，处于工作状态的时候，开关管反复导通和截止，在两种不同状态中来回地切换，将直流电压转换为脉冲形式的电压，再经过L、C滤波，变成直流电压输出来。下图是开关管处于导通和截止状态时的等效原理图：
图4.3 降压式DC/DC变换电路开关管导通(a)、关断(b)时等效原理图
从上图可以看出，在开关管导通时，电源给储能元件电感充电，电感L上的电流逐渐增大，储存的电能增加。而当开关管截止时，电感L上的电流逐渐减小，储存的电能释放出来。电容起到了滤波作用，使负载上的电压的纹波减小，滤波的原理也是电容的充放电的功能在起作用。图4.4显示了电感L、电容C上电流的变换波形和负载R上的输出电压波形。
图4.4 降压式DC/DC变换电路的输出波形查看完整请+Q:351916072获取
在t=0时，开关管Q导通，电源电压通过开关管加到二极管D和输出滤波电感L、输出滤波电容C上，故二极管D截止。由于输出滤波电容电压保持不变，因此加在上的电压是。因为，所以输出滤波电感电流在线性增长。           (4.1)
当时，达到最大值。在开关管导通期间，增长量为：  （4.2）
式中，为占空比。
当时，开关管Q断开，通过二极管D继续流通。此时，加在上的电压为，线性减少           （4.3）
当时，达到最小值。在开关管Q截止期间，的减少量为：                   （4.4）
在时，开关管Q又导通，开始下一个开关周期。
在Q截止期间，流过二极管D的电流是；在开关管Q导通期间，流过它的电流也是是电感电流，流过开关管Q的电流是电源的输入电流。另外，在降压式变换器的输入侧应该并联一个输入的滤波电容，以减少输入电压的波动。
根据能量守恒定律，开关管Q导通期间的增长量和它在Q截止期间的减少量是大小相等的。即： （4.5）
得：          （4.6）上式可简化为： （4.7）
其中D为占空比，并且 ，因此这种电路无法升压，只能降压。
摘要  I 查看完整请+Q:351916072获取
ABSTRACT  II
第1章  绪    论  1
第2章  光伏产业发展现状  4
2.1  国外光伏产业发展现状    4
2.2  国内光伏产业发展现状  5
    2.2.1我国光能发电的历程   5
    2.2.2国内光伏产业发展现状   6
2.3  本章小结   9
第3章  光伏电池的特性和仿真模型  10
3.1  光伏电池的光学原理  10
3.2  光伏电池的电学原理  10
3.3  光伏电池的数学模型  11
3.4  光伏电池的仿真模型  14
3.5  光伏电池的输出特性    17
3.6  本章小结  19
第4章  最大功率跟踪控制方法  20
4.1  概念和原理  20
4.2  DC/DC变换器  20
4.2.1 降压式变换器  21
4.2 .2 升压式变换器 24
4.2.3 升-降压式变换器   26
4.3 最大功率跟踪控制方法  28
4.4.1 恒压法29
4.4.2干扰观测法   32
4.4.3电导增量法   33
4.4 PWM模块  36
4.5 本章小结  36
第5章  结论   38
致    谢   40
参考文献 41
附    录
一、任务书
二、英文原文
三、英文翻译  查看完整请+Q:351916072获取
原文链接：http://www.jxszl.com/jsj/jsjkxyjs/388.html