基于Mat lab的光伏电池建模及MPPT方法研究摘要：自工业化以来的近三百年间，世界能源工业飞速发展，有力支撑了全球经济与社会发展。在这个发展的过程中，传统化石能源的大量开发及使用导致了资源紧张、环境污染、气候变化等问题日益突出，严重的威胁了人类生存和可持续发展。近年来，太阳能作为一种高效无污染的新能源，逐渐受到各国乃至全球的广泛关注。本文首先简要介绍了光伏发电的背景及意义，对光伏发电历史以及国内外光伏发电发展现状进行了综述，然后阐述了光伏并网发电系统及其基本工作原理，并详细描述了运用Matlab/Simulink建立光伏阵列仿真模型的过程，最后对光伏发电系统最大功率点跟踪的理论依据以及工作原理进行了分析，介绍了常见的MPPT方法及仿真分析，并根据文献[6]详细描述了一种改进的基于最优梯度的滞环比较法的原理并对改进的基于最优梯度的扰动观察法与传统的扰动观察法做了仿真对比，验证了改进算法的优越性。关键词：太阳能光伏发电光伏阵列最大功率点跟踪1.1.1研究背景全球能源发展经历了从薪柴时代到煤炭时代，再到汽油时代、电气时代的演变过程。目前，世界能源供应以化石为主，有力的支撑了经济社会的快速发展。长期以来，世界能源的发展有些过度的依赖化石能源，导致环境污染、气候变化、资源紧张等问题日益突出，严重的威胁了人类社会的生存与发展，我们面临着十分严峻的形式。应对挑战，需要统筹把握环境影响全球化、资源配置全球化和经济发展全球化的新特征，推动世界能源走上清洁、高效、安全、可持续发展的道路。全球化石能源资源虽然储量大，但随着工业革命以来数百年的大规模开发利用，正面临资源枯竭、污染排放严重等现实问题，截至2014年，全球煤炭、石油、天然气剩余探明可采储量分别为8915亿吨、2382亿吨和186万亿米3，折合标准煤共计1.2万亿吨，其组成结构为煤炭占52.0%、石油占27.8%、天然气占20.2%按照目前世界平均开采强度，全球煤炭、石油和天然气分别可以开采113年、53年和55年。
上传时间： 2022-06-19
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在光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外，还受使用环境如辐照度、负载和温度等因素的影响。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且惟一的最大功率点（Maximum Power Point，MPP）上，因此，对于光伏发电系统来说，应该寻求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，即需要采用最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技术.本文根据光伏电池最大输出功率与光照度的关系，建立了基于Boost电路的MPPT仿真模型，采用扰动观测法，通过调整DC-DC电路的占空比实现了最大功率点追踪。使用Matlab/Simulink 工具，在辐照度恒定和阶跃变化的情况下，对MPPT进行了仿真分析。1光伏电池的特性光伏电池实际上就是一个大面积平面二极管，其工作可以图1的单二极管等效电路来描述1，光伏电池的特性方程如式（1）所示。
上传时间： 2022-06-21
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随着世界经济的高速发展、人口的增长和科技的进步，传统能源的消耗量越来越大，这就带来了一系列能源的耗尽和环境污染问题。太阳能作为一种优越的可再生能源而受到世界各国的重视并具有较大发展潜力。为了进一步提高系统的性能，实现系统的优化及可靠运行，本文研究独立运行光伏发电系统的结构、工作原理和控制策略。相对并网系统，这对于国家正大力发展的西部太阳能资源开发来说是具有现实意义的。 首先，本文详细介绍了光伏发电的国内外研究背景，光伏电池的种类、发电原理及输出特性，并介绍了独立运行光伏发电系统的组成、运行原理和应用，在此基础上论述了光伏系统常用的DC/DC变换电路，负载最大功率跟踪（MPPT）的方法等人们普遍关注的问题。融合了上述原理技术，设计一个功率为25W的独立运行光伏发电系统。 其次，为减小传统的固定步长的扰动法进行最大功率跟踪的步长大振荡大，步长小跟踪速度慢的缺陷，本文提出了电压自适应最大功率跟踪算法，其原理是引入了不同的步长系数，根据功率变量值的大小，确定合适的控制步长进行电压参考值的给定，并在MATLAB环境下利用Simulink工具搭建模型进行仿真，仿真结果验证了此种跟踪方法具有快速性、稳定性和准确性等优点。 最后，搭建硬件电路，通过对电池板的不同安装角度测量得到的数据，得出不同季节在大连地区安装的不同最佳角度值。设计了25W的独立运行光伏发电系统的主电路及其控制电路，包括光伏电池的选择，Boost主电路参数、控制电路部分、驱动电路及其检测电路各模块分别进行了详细的探讨；对独立系统的储能装置蓄电池的充放电电路进行了设计，利用单片机dsPIC30F3011控制电路同时实现了最大功率跟踪和蓄电池的充电电压、放电极限电压及充电电流的控制，可防止过充过放现象的发生，从而实现独立光伏发电系统的可靠运行。
上传时间： 2013-04-24
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在太阳能路灯控制系统中，引入最大功率跟踪技术（简称为MPPT），不仅降低了成本，还提高了太阳能路灯的可靠性。太阳能路灯的控制系统采用C8051F330D作为核心器件。其主电路为Buck电路，采用MPPT技术，增强了太阳能光伏电池的转换效率。本论文着重对太阳能路灯控制系统的硬件电路设计，并设置MPPT技术电路的主要器件的参数，对整个路灯控制系统的设计流程进行了分析。 论文综述了太阳能光伏发电及控制技术以及我国在路灯照明应用方面的发展情况。对太阳能光伏电池的输入-输出特性，在不同外界环境的太阳能电池板的输出状况进行了分析对比，结合整个系统的工作能力，对负载选用依据及所选负载参数、蓄电池充放电控制原理进行分析。对采用MPPT技术的小功率光伏发电路灯控制系统做了较为详细的介绍，主要包括MPPT的硬件电路原理及电路中各元器件的参数的选定，以及控制系统中防反接保护、过流保护、信号采集、CPU控制、功率管驱动电路及电源电路等电路设计，还有其它器件的选定和控制器的散热等。也对整个系统的软件设计予以阐述，从CPU的性能、开发工具、主控制程序、MPPT技术控制程序、滤波、稳压、定时、蓄电池充放电控制等程序具体设计逐一分析。论文最后对全文的工作做了总结，对实验数据进行了比较分析，并对太阳能路灯的优缺点进行概括。并对设计的实验结果、实用性进行了总结，并指出本设计中优点与不足，为后续研究提供了参考方向。
上传时间： 2013-06-15
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在能源日渐枯竭、环境污染日益严重的今天，太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其取之不竭、用之不尽、无污染等优点，受到人们越来越多的重视。作为太阳能利用的一种有效方式，光伏发电技术得到了迅速地发展。 光伏充电控制系统是光伏发电系统中重要的组成部分，光伏电池将太阳能转变为电能，蓄电池将转化出来的电能储存起来，充电控制系统在该过程中起着枢纽作用。本文以光伏充电控制系统作为研究对象，从系统的参数选择、拓扑结构、控制策略、最大功率跟踪及蓄电池的保护等方面作了详细的分析和研究。论文主要工作如下： 1)本文详细介绍了最大功率点跟踪技术在光伏充电系统中的应用，分析和比较了常用的最大功率点跟踪方法的优缺点，讨论了一种改进的MPPT算法--“山峰”逼近法。与原有的跟踪方法相比，该方法具有良好的启动特性，最大功率点跟踪精度、系统对外界条件变化的响应速度和运行的稳定性都有一定的提高。仿真结果表明这种算法能够准确地找到最大功率点。 2)通过对蓄电池充电特性和常用充电方法的分析，制定了本文所采用光伏充电方法，其充电过程分为最大功率充电、恒压充电和浮充电三种状态。该方法综合了恒流充电快速、安全的优点和恒压充电能够控制过充电以及在浮充状态保持电池100％电量的优点。 3)分析和比较了不同光伏充电控制系统的结构、性能和特点，确定采用Buck拓扑作为智能光伏充电系统的主电路结构，该电路结构简单，运行可靠，可以满足最大功率跟踪和光伏充电的要求。给出了该系统主电路、控制电路各元件参数的选择和系统的软件设计流程图。 4)根据前面的理论研究，本文设计制作了智能光伏充电控制系统的实验样机，并进行了实验研究，获得了良好的实验结果。
上传时间： 2013-07-20
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近年来，世界各国竞相发展绿色可再生能源，太阳能因其洁净、储量巨大等优点倍受青睐。在太阳能的各种应用中，光伏发电倍受关注。随着光伏组件价格的不断降低和电力电子技术的发展，光伏发电的系统容量和变换设备的转换效率不断增加，体积逐渐减小，对光伏发电系统相关设备的设计和制造提出了新的要求。 本文从提高光伏发电系统整体效率的角度出发，以光伏发电系统中电能变换装置作为研究目标，研究光伏发电中的关键性技术之一——光伏阵列的最大功率点跟踪技术。主要研究适用于光伏发电系统的最大功率点跟踪变换器的拓扑；研究光伏发电系统的最大功率点跟踪变换器的控制方法。论文在分析研究光伏电池的工作原理及输出特性的基础上，分析研究了几种基于DC/DC变换器的最大功率跟踪算法及各自优缺点和适用场合。在拓扑研究方面，分析研究了Buck、Boost和全桥电路应用于光伏发电中的优缺点以及适用的最佳功率等级，并对这三种电路的功率损耗进行分析，通过仿真进行验证。探讨了把软开关技术、三电平技术应用于光伏发电系统的可行性，并详细分析了应用于光伏发电系统的移相全桥ZVS DC/DC变换器电路的换流过程。在理论分析的基础上，论文设计实现了应用移相全桥软开关DC/DC变换电路作为主电路的MPPT变换器，构建了1000W小型独立光伏发电系统，进行仿真和实验，对实验结果进行损耗分析。证实了移相全桥ZVS DC/DC变换电路作为中小型光伏发电系统的前级变换器，可以在实现太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪的同时，保证开关管实现软开关，从而提高了系统的转换效率和功率密度。
上传时间： 2013-05-23
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太阳能作为一种新型能源以其清洁、储量大、无污染等优点使其利用越来越受到人们的重视,而光伏发电技术的应用更是人们普遍关注的焦点。本文主要研究了光伏并网发电系统的控制方法。由于目前光伏电池的价格高,转换效率比较低,为了降低系统造价和有效的利用太阳能,对光伏并网系统的控制方法的研究显得尤为重要。 本文针对光伏并网发电系统的特点,将其分为三部分进行研究。研究了光伏电池的工作原理及输出特性,在此基础上建立了其仿真模型。利用PSIM仿真软件对不同环境及不同日照强度下的太阳能电池输出特性进行了仿真。仿真与实测数据的对比验证了其仿真模型的正确性,为后续的仿真奠定基础。 光伏板的最大功率点的控制是实现光伏并网高效率的输出的必要条件。采用基于模糊控制的方法求取最大功率点驱动boost升压变换器,用以实现最大功率点跟踪和控制。针对电导增量法和干扰法的不足,研究了基于模糊控制的方法。从仿真及实验的结果均能看出系统的稳态功率损耗大大缩小,提高了其稳态性能。 阐述了并网逆变器的工作原理和控制策略。基于逆变控制方法的研究,对系统进行了仿真与实验。其中控制方法采用电流滞环跟踪控制。从仿真及实验结果中可以看出实现了输出功率因数为1的控制目标。 开发了光伏并网的实验系统,设计了基于DSP的最大功率点控制系统和逆变并网系统。实验结果表明,本文采用的控制策略和设计方法是可行有效的,主电路和控制电路的设计是合理的。
上传时间： 2013-07-28
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在能源枯竭及环境污染问题日益严重的今天，光伏发电是未来可再生能源应用的一种重要方法。本文以光伏逆变技术为研究对象，对光伏系统最大功率点跟踪方法、光伏智能充电控制策略、光伏并网系统拓扑结构与控制方法、光伏并网与有源滤波统一控制方法等问题进行了深入研究。 在扰动观测法的基础上，提出了一种直接电流控制最大功率点跟踪方法，通过检测变换器输出电流进行最大功率点跟踪控制，简化控制算法，同时省去了扰动观测法中的电压和电流传感器，降低系统成本。 研究了一种实用的光伏系统蓄电池充电控制策略，将最大功率点跟踪与智能充电控制有机结合在一起，充分利用光伏电池的输出功率，缩短充电时间，提高充电效率；研究了一种全数字式逆变器，通过电压有效值外环和瞬时值内环的双闭环控制，既能保证系统输出电压的稳态精度，又能保证瞬变负载条件下的动态特性。研制了一套3kW光伏独立发电系统并进行了实验验证。 针对住宅型光伏并网逆变器体积小、性能价格比高的要求，研究了一种基于导抗变换器的并网逆变器拓扑结构，相比于传统电流型逆变器，本拓扑省去了笨重的电抗器，同时利用高频变压器进行能量传递和电气隔离，进一步降低了系统损耗和体积，降低系统成本。 经研究发现，由于导抗变换器的固有特性，采用传统的SPWM调制方法将导致并网逆变器输出平顶饱和的非正弦电流，造成对电网的谐波污染，提出了一种新型改进调制模式。该方法可以实现高功率因数、低谐波并网发电。根据上述理论分析，研制了一台3kW单相光伏并网逆变器，实验结果验证了理论分析的正确性。 研究了一种三相电流型并网逆变器拓扑结构及其控制方法，采用改进调制模式对其进行控制，在谐波抑制方面取得了满意的效果。提出的三相并网逆变方案，相比于传统三相并网逆变器，具有如下显著优点：系统中任意一相都是一个独立的子系统，不受其它相影响，即使在某一相或某两相损坏的情况下，剩余相也能正常运行，增加了系统的冗余性；在三相电网不平衡情况下，本方法也能提供稳定的三相电流，增加系统抗电网波动能力。初看起来本方案使用的导抗变换器和变压器有3套，但是每相承受的功率容量只有系统总功率的三分之一，这样可以选用较小容量的器件，有利于高频电感和变压器的制作和生产。提出了一种基于导抗变换器的三相电流型逆变器实现方案，利用导抗变换器将输入直流电压变换为高频正弦电流，经高频变压器隔离及电流等级变换后进行裂相调制，输出为三相正弦电流。该方法不仅省去了传统电流型逆变器直流侧电抗器，而且采用高频变换进行功率传输，减小了隔离变压器及输出滤波器的体积，有利于装置的小型化和降低成本。 针对光伏电池输出电压较低的问题，研究了一种单级式三相升压型并网逆变器，通过一级变换同时实现升压和DC/AC变换功能，并且提出了一种基于DSP芯片的控制策略，本方法仅用一个电压传感器就能替代原先的三个电压传感器：每个载波周期短路相只进行一次开关动作，同时任何时刻只有2个开关管导通，可有效降低系统的开关损耗和导通损耗；由于采用DSP控制，具有控制灵活、稳定性高、成本低、并网电能质量好，便于功率调节等优点。 提出了一种光伏并网与有源滤波兼用的统一控制策略，在同一套装置上既实现光伏并网发电，又实现谐波补偿，克服目前的光伏发电装置白天发电、夜间停机的不足，提高系统利用率。详细分析了无功电流和谐波电流的检测方法、光伏并网发电有功指令电流的生成方法及电流环控制器和电压环控制器的设计方法，并对光伏并网发电与有源滤波统一控制模式和单一有源滤波模式进行了讨论，仿真和实验结果验证了所提出的系统结构及控制策略的正确性和可行性。
上传时间： 2013-04-24
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太阳电池光伏特性的测量实验太阳电池也称为光伏电池，是将太阳光源直接转换成电能的元件，经由这种元件封装成太阳电池模级，再按需求将一块以上的模组组合成一定功率的太阳电池阵列，再经连接电池，测量控制
上传时间： 2013-06-07
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采用电子电路对光伏电站环境参数进行检测，将采样得到的环境温度、组件温度和光辐照量转换成相应的电信号。利用单片机的实时控制和数据处理功能，完成系统对环境参数的检测，配置了485总线与上位机进行通信。充分考虑光辐照量测量的各种干扰，进行了温度校正和谱校正，确保测量的准确性，实现了基于光伏电池的低成本光伏电站环境参数检测系统。
上传时间： 2013-11-16
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