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1、I二一二 届学生毕业论文（设计） 存档编号： 毕毕业业论论文文 ( (设设计计) )论文题目 光伏阵列最大 功率 点 跟踪 （英 文）Maximum power point tracing in photovoltaic system 学 院 物理与信息工程学院 专 业 测控技术与仪器 姓 名 周豪 学 号 200807202110 指导教师 周荣政 2012 年 5 月 20 号II摘 要随着世界各国经济社会的发展，绿色可持续利用的能源得到越来越多国家 的重视，太阳能因为其独特的优势而得到世界各国的广泛青睐。但是因为广泛 发电的核心光伏电池受外界环境因素影响较大，其次，光伏电池的光电转换效
2、率普遍较低且价格昂贵，再者光伏发电系统的前期投入较大，为了提高太阳能 的普及面，提高效率减少材料所造成的污染问题，必须对光伏发电系统加以有 效的控制。本论文着重对光伏阵列常用的几种的最大功率点跟踪控制技术进行 了简要的理论分析，并建立了MATLAB 仿真模型，通过实验验证比较相应的 控制策略的优缺点。 首先，本文简要的对光伏电池的电气特性进行了分析，建立了光伏电池的 仿真模型。同时，对常用的最大功率点跟踪（MPPT）方法：导纳增量法 （Incremental Conductance） 、扰动观测法（P (4)从控制规则表中找出相应的规则，通过计算求出控制输出量U的模糊集；(5)用“最大隶属度法
3、”或“加权平均判决法”求出实际的u。这种方法的优点是灵活，通用，但是在进行复杂运算时，计算机速度较慢，不适宜对控制要求较高的场合。 433 解析公式法 有些文献资料也将模糊控制中的控制规则用解析式描述，通常一般表达式 为：(4-1)(1)uaEa EC其中:a为修正因子，取值在0和l之间，其中最简单的算法控制规则为:（4-2）()/2uEEC根据被控对象的不同还可采用如下表达式：(4-3)()/2uEEC表示一个与X同号，而绝对值大于X的最小整数。这种方法简单易行，实时性强，但a的取值需要根据系统的具体情况而选定。44 自适应占空比法441 自适应占空比扰动模糊控制法 通过上文的研究我发现可以
4、在常规的爬山法的基础上提出一种自适应占空 比扰动模糊控制的MPPT控制算法7。常规的爬山法的原理是给输出电压一个扰 动（电压增量） ，通过计算功率的大小变化，找到功率的改变方向，然而其最大25的缺点就是存在动态响应和稳态精度达不到协调的矛盾,自适应占空比扰动模糊 控制法就可以很好的解决上述矛盾7。 442 算法的思路图4.2 光伏电池P-V曲线如图4-2所示，首先将图分为三个区域、，明显区斜率为正值， ，区斜率为负值，最大功率点处斜率为零。当光伏电池工作点在、两区 域时,在实际系统中根据斜率确定其电压扰动值V,当K值确定后可以大致确定 V,的大小，在、两区域中K值较大，且VA VB，可以适当加
5、一个较大的 V；当工作在区域时，K值较小，因此，应加一个较小的V；快速找到电压 扰动值间接上就是提高了最大功率点工作的速度。图4-3为在 MATLAB/SIMULINK环境下建立的自适应占空比扰动模糊控制的仿真模型。26图4.3占空比模糊控制模型由图可以看出，算法MPPT模块，其输入为PV输出电压与电流，其输出为 boost电路占空比的参考电压。考虑到在大多数情况下，光伏电池经过boost电 路后将对蓄电池充电或者连接到逆变器的直流侧，在相对较小的系统采样时间 内，boost电路的输出电压变化很小，可视为恒定，故其负载在最大功率跟踪实 验中用一个恒压源串联一个电阻来模拟。 事实上，即使boos
6、t电路输出电压发生一定的变化，光伏电池仍然能够保持 最大功率跟踪输出。但是考虑到boost电路占空比的限制，其输出电压不可能无 限制上升，否则会导致占空比过大而失调。 运行后可以得到波形图4.4图4.4模糊控制输出波形图可以发现，将模糊逻辑控制应用于光伏电池最大功率点的跟踪不仅跟踪迅 速，而且到达最大功率点后基本没有波动，即具有良好的动、稳态性能。此外， 参数的计算方法也没有前述的扰动法和导纳法那么繁琐。并且模糊控制技术已 经日渐成熟，它的实现并不复杂。由此可见，将模糊逻辑技术应用于最大功率 点跟踪控制是可行的，并取得了良好的控制性性能。2745小结光伏阵列的输出特性明显的非线性性质。输出受外
7、界环境影响大。 如何尽可能的提高太阳能的效率，专家学者在理论上和实践上提出了光伏电池阵列的 最大功率点跟踪这一课题。太阳能的广泛利用前景更加速了人们对这一课题的 突破，相信在不久的将来这一问题终将被人攻克。 本章中在爬山法和导纳法的基础上提出了一种改进的，具有在线参数调整功能的自适应占空比扰动模糊控制法。能够保证动、稳态性能的同时又提高了 跟踪速度，当然随着科技的发展，当前的技术以及新的技术都将得到长足的发 展。 28第五章 总结与展望51总结随着能源危机的日益临近，人们也加快了研究太阳能的步伐。地球所接受 到的有效地太阳能，虽然仅仅只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左 右，但是这些能量
8、相当于全球所需总能量的34万倍，可谓取之不尽、用之不 竭。而且电能是目前世界上使用最广泛的能源利用形式，把太阳能转换成电能 无疑是利用太阳能的一种最有效途径。目前对光伏发电系统的研究课题很多， 其主要都集中在如何提高转换效率和降低成本这两个问题上。 总结前文，本文首先介绍了光伏电池的输出特性方程，运用 MATLABSIMULINK建立光伏电池模型，利用仿真结果对光伏电池的输出特性， 以及输出电压、电流与电池表面温度、光照强度等外界因素之间的关系作详细 地分析说明。在此基础上提出了最大功率点跟踪的基本原理与现实意义，介绍 了现有的几种比较常用的MPPT算法的基本工作原理，包括恒压法和爬山法，并
9、对其优缺点进行了说明。在爬山法的基础上提出了一种改进的、具有在线参数 调整功能的自适应的占空比扰动模糊控制法。52展望本论文设计的光伏电池最大功率点跟踪系统仿真模型虽然达到了基本性能 要求，但仍存在许多不足之处有待进一步完善之处。 1.占空比模糊控制法的仿真图过于凌乱复杂，经常因为干扰造成报错情况， 对设计的进度有很大的影响。2.限于时间原因未能将原理进行相关的实物演示研究，也未运用到实际光 伏电池中去进行实验。 3此控制方法可运用现代控制理论再进一步完善，以达到更准确迅速跟踪 到最大功率点的效果。 4.本文未提及如何集成运用光伏阵列最大功率点跟踪的各种方法。未来光 伏发电系统的趋势必将采用多
10、种跟踪方法相结合的方法，本文未阐述这一趋势， 略显不足。总之，今后太阳能技术的发展必将日新月异，在提高太阳能的光电转换效 率、与市电的并联发电、对供电系统作监控保护等方面还有许多问题有待研究。 太阳能发电的前景无疑是非常令人期待的的。29致谢时光飞逝，光阴似箭。马上就要离开自己生活学习4年的母校了，还记得4年前刚迈进江汉大学时的情景，一切就像发生在昨天。真的要离开了，真的舍不 得阿，一路走来，停下来回头看看，自己要感谢的人太多了。 在我的毕业论文研究期间，得到了许多老师和同学的帮助，在此一并表示感谢。首先要感谢我的导师周荣政副教授，他不仅在我的毕业论文方面给了我很 大的帮助，给了很多专业方面的
11、建议，他还传授很多关于做人、做事方面的建 议，给了我很多的启发，这让我终身受用。正是他的悉心指导和专业上的支持， 才使我的毕业设计能够顺利进行。周老师严谨的治学态度和渊博的知识让我在 学业上获益匪浅。从课题的选择到论文的最终完成，周老师都始终给予我细心 的指导和不懈的支持。在此，谨向周老师表示衷心的感谢！此外，我还要感谢 测控专业的同学给予我的帮助和支持，直至论文的最终顺利完成。对于一个 MATLAB初学者，刚开始对于软件是一窍不通，正是在老师和同学的指导帮助下， 不断地摸索，学习，提高，最终完成了毕业设计的要求，按照毕业设计的要求 采用了现阶段比较先进的模糊控制法来实现光伏电池的最大功率跟踪
12、，这对于 我来说是一种锻炼，这让我找到了对未来学习工作一种正确的态度。在此再次 感谢我的指导老师周荣政副教授和08测控班的全体同学！30参考文献1 叶青松. 应用组件技术实现MATLAB与其它高级语言的混合编程J.常州信息职业技术学院学报,2004, 3(1) : 30-33.2 赵宏，潘俊民.基于Boost 电路的光伏电池最大功率点跟踪系统.电力电子技术，2004，38（3）：55-57.3 陈兴峰,曹志峰等.光伏发电的最大功率跟踪算法研究J .研究与试验,2005, l(119 ):8-11.4 禹华军，潘俊民光伏电池输出特性与最大功率跟踪的仿真研究计算机仿真，2005，26(2)：248
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14、的研究：博士学位论文.合肥：合肥工业大学，2002. 11 戴晨骏,王宏华. 基于模糊控制的光伏阵列 MPPT 仿真J . 电气技术与自动化. 2010 2 (3) :136 - 148.12 HART G W，BRANZ H M，COX C HExperimental test s of open-loop maximum-power-point tracking techniques for photovohaic arraysJSolar Cells，1984，13(2)：913-91713 MUTOH N，INOUE TA controlling method for charging
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