【毕业设计】光伏发电最大功率点跟踪系统 ㊣ 精品文档 值得下载

系统与地方电网连接在满足自己用电需求的同时，还可以把发出的富余电量出售给电力公司。

并网光伏发电系统由光伏阵列连接器并网逆变器控制器和集成的继电保护装置等组成，如图所示。

太阳电池光伏列阵连接器并网逆变器控制器并网发电图并网光伏发电系统光伏阵列是并网光伏发电系统的主要部件，它将接收到的太阳光能直接转换为电能，目前工程上应用的太阳能电池阵列多为由定数量的晶体硅太阳能电池组件按照并网逆变器输入电压的要求串并联组成。

并网逆变器将光伏电池所发出的直流电逆变成正弦电流并入电网中。

控制器是并网光伏发电系统的核心部件，般由单片机或微处理器作为核心器件构成，控制器控制光伏电池最大功率点的跟踪控制逆变器并网电流的波形和功率，使向电网传送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能相平衡。

继电保护系统可以保证光伏发电系统和电力网的安全性。

并网光伏发电系统从结构上可以分为工频和高频两种哺儿。

工频并网逆变器由于带有工频变压器而使体积大且笨重。

它是先通过变换，将太阳电池直流电能转化为交流电能，然后通过工频变压器和电网相连，完成电压匹配以及和电网的隔离，实现并网发电。

工频并网逆变系统结构如图所示。

高频并网逆变器首先通过高频变换器将太阳电池的直流电升压或者降压转化为满足并网要求的直流电压，然后通过桥式逆变后直接和电网相连。

高频并网逆变器有隔离和不隔离两种方式，高频并网逆变器结构如图所示。

高频并网逆变系统因其在实现装置小型化方面所起的重要作用而逐渐成为新型太阳能发电系统的发展趋势。

课题来源及本文所做的主要工作本课题来源于国家自然基金重点项目分散式风力太阳能发电系统的混和控制研究，本文研究的内容为该项目的部分在前人研究的基础上，本文主要研究了如何提高光伏电池利用效率的问题。

高频化在实现装置小型化方面起到了重要作用，电路在高频化应用中具有其独特的优点，而软开关技术是解决装置高频化带来的开关损耗和减少电磁干扰等问题的有效途径。

因而本文采用了带软开关的隔离式电路作为光伏发电系统中前级的电路，并在理论分析的基础上，研制分析光伏阵列最大功率点跟踪系统。

本章小结本章首先简单的引出光伏利用过程中所存在的现象和问题。

太阳能的光伏利用日益被人们重视，但是在光伏控制的技术方面还有待于进步的改进和提高，具有高性能价格比的的控制器将会比控制器带来更大的效益。

接下来介绍了国内外光伏发电状况，如能充分发展我国的光伏产业，对节约常规能源减少环境污染，将具有重大的经济意义和社会意义。

紧接着具体阐述了目前国内外太阳能最大功率点跟踪控制方法的原理，并对其控制特点进行了深入的分析，最后说明了本课题的研究内容以及研究意义。

第二章光伏电池的特性研究光伏电池的特性研究为光伏电池的最大功率点的研究奠定了理论基础，本章主要对光伏电池的工作原理和工作特性进行详细的介绍。

光伏电池工作原理太阳能是种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。

这种把光能转换成电能的能量转换器，就是光伏电池。

光伏电池工作原理的基础是半导体结的光生伏打效应。

通常，用于光伏电池的半导体材料是种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有个电子，按固定轨道围绕原子核转动。

当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下个空穴，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。

如果在硅晶体中掺入硼镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号表示如果掺入能够释放电子的磷砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号代表。

若把这两种半导体结合，交界面便形成个结。

光伏电池的奥妙就在这个结上，结就像堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。

当光伏电池受光照射时，电子接受光能，向型区移动，使型区带负电，同时空穴向型区移动，使型区带正电。

这样，在结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。

这种现象就是上面所说的光生伏打效应。

如果这时分别在型层和型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的个个电池元件，把它们串联并联起来，就能产生定的电压和电流，并输出功率。

制造光伏电池的半导体材料已知的有十几种，因此光伏电池的种类也很多。

目前，技术最成熟，并具有商业价值的光伏电池要算硅太阳电池。

光伏电池工作特性光伏电池特性般包括光伏电池的输入输出特性照度特性以及温度特性。

光伏电池的输入输出特性图为太阳能光伏电池的输入输出特性，也称为太阳能光伏电池的电压，电流特性。

图中的实线为太阳能光伏电池被光照射时的电压电流特性，虚线为太阳能光伏电池未被光照射时的电压电流特性。

无光照射时的暗电流相当于接合的扩散电流，其电压电流特性可用下式表示这里，。

逆饱和电流的作用，由结两端的少数载流子和扩散常量决定的常数光照射时的太阳能光伏电池的端子电压二极管因子波尔兹曼常数表示。

温度系数小说明即使温度升高，但是出力的变化较小。

本章小结本章首先详细的阐述光伏电池的的工作原理，它是利用半导体结的光生伏打效应实现光能转化为电能。

最后介绍光伏电池的特性即输入输出特性照度特性以及温度特性，光伏电池的出力即最大功率点的输出受光照强度和环境温度的影响。

第三章光伏电池的最大功率跟踪光伏电池的输出特性呈非线性，其输出受光照强度温度和负载情况的影响。

在定的光照强度和环境温度下，光伏电池可以工作在不同的输出电压状态，但是只有工作在特定的输出电压时，光伏电池的输出功率才能达到最大值，这时光伏电池的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，如图中曲线的交点所示，称之为最大功率点，。

因此在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，使其始终工作在最大功率点处，这过程就称之为最大功率点跟踪，。

由于目前光伏电池的价格较高，在整个太阳能发电系统的总投资中光伏电池所占的比例比较大，提高光伏系统的效率以降低系统的使用成本就显得异常重要。

如果能够让光伏电池始终工作在其最大输出功率点附近从而输出最大功率，就能有效提高光伏发电系统的整体效率。

最大功率跟踪控制原理光伏电池的工作点电压会因光照强度环境温度等的变化而不断变化。

最大功率跟踪的目的就是控制光伏电池的工作点电压，使其能在各种不同环境下输出最大功率。

如图所示，在最大功率点的左侧，光伏电池的输出功率随光伏电池工作点电压的增加而增加在最大功率点的右侧，光伏电池的输出功率随光伏电池工作点电压的增加而减小。

控制的作用就是当光伏电池的输出功率点在最大功率点左边时，使光伏电池的工作点电压升高，从而逼近最大功率点而当光伏电池的输出功率点在最大功率点右边时，使光伏电池的工作点电压降底，从而逼近最大功率点。

的实现实质上是个动态自寻优的过程，通过对光伏电池阵列当前输出电压与电流的检测，得到当前阵列的输出功率，再与己存储的前时刻阵列的功率相比较，舍小取大，再检测，再比较，如此周而复始，便可使光伏电池阵列动态工作在最大功率点，其原理如图所示。

最大功率跟踪控制的方法光伏电池阵列的开路电压和短路电流在很大程度上受日照强度和温度的影响，系统工作点也会因此不停地变动，这必然导致系统效率的降低。

光伏电池阵列通过最大功率点跟踪控制，可使阵列在不同环境下始终获得最大功率输出。

常见的最大功率跟踪控制方法主要有恒定电压跟踪法扰动观测法电导增量法等等。

恒定电压跟踪法当温度定时，光伏电池的最大功率点几乎落在同根垂直线的两侧附近。

如图所示，这表明最大功率点对应的工作电压相差不大，那么就有可能把最大功率点的轨迹线近似的看成电压不变的根垂直线，只要保持光伏电池的输出电压为常数且等于光照强度下相应于最大功率点的电压，就可以大致保证光伏电池输出最大功率，这就是恒定电压跟踪法，控制的思想。

在同等光照强度下，温度对最大功率点影响较大，如果采用恒定电压跟踪控制策略，光伏阵列的输出会随温度的变化而偏离最大功率输出点，产生较大的功率损失。

为了克服场合季节早晚时间及天气情况和环境变化对系统造成的影响，在控制方法的基础上，可以采用以下折中解决办法手工调节方式通过电位器手动按季节给定不同的这种方法使用较少，需要人工维护。

根据温度查表调节事先将特定光伏阵列在不同温度下测得的最大功率点电压值存储在控制器中，实际运行时，控制器根据温度传感器检测光伏阵列的温度，通过查表选取合适的值。

参考电池方法在光伏发电系统中增加块与光伏阵列相同特性的较小的光伏电池模块，检测其开路电压，按照固定系数计算得到当前最大功率点电压，这种方法可以在近似的控制成本下得到接近的控制效果。

采用恒定电压跟踪法实现的优点是控制简单，易实现，可靠性高有很好的稳定性，可以方便地通过硬件实现。

缺点是控制精度差，特别是对于早晚和四季温差变化剧烈的地区必须人工干预才能良好运行，更难以预料风沙等的影响。

采用恒定电压方式实现的控制，由于其良好的可靠性和稳定性，目前在太阳能发电系统中仍有使用。

扰动观测法扰动观测法，又称为爬山法，是目前实现常用的方法之。

扰动观测法就是在光伏阵列正常工作时，不断地对它的工作电压进行很小的扰动，在电压变化的同时，检测功率也发生变化，根据功率的变化方向，决定下步电压改变的方向，从而使它逐渐逼近阵列最大功率点的电压，如图所示。

当给定参考电压增大时，若输出功率增大，则工作点位于最大功率点的左侧，需继续增大参考电压反之，若输出功率减小，则工作点位于最大功率点的右侧，需要减小参考电压。

当给定参考电压减小时，若输出功率也减小，则工作点位于最大功率点的左侧，需增大参考电压反之，若输出功率增大，则工作点位于最大功率点的右侧，需继续减小参考电压。

扰动观测法的流程图如图所示。

绝大部分光伏发电系统，无论其拓扑结构如何，都会在光伏阵列输出母线上并联个大容量电容，这个电容可以作为光伏阵列输出的滤波器，减少后置电力电子变换装置导致的开关谐波。

但在应用干扰观测法的光伏系统中，母线电容会影响算法对天气变化引起的光照强度波动的响应速度。

采用扰动观测法实现的优点是跟踪法简单，系统容易实现对传感器精度要求不高。

缺点是只能在光伏阵列最大功率点附近振荡运行，会导致定功率损失初始值及跟踪步长的给定对跟踪精度和速度无法兼顾在特定情况下会出现误判现