摘 要

人类社会从第一次工业革命开始步入现代化，一直发展至今，对能源的需求急剧加大，而传统化石能源总有枯竭的一天，在将来的某一天，传统能源必然会被可再生能源替代，因而世界各国都在进行新能源的开发和研究。目前光伏产业在全球处于膨胀发展的状态，世界各国都在积极探索如何更好地开发利用太阳能，光伏行业也在近几年成为全球发展最快的新能源行业，光伏发电的市场潜力与技术的发展前景也是不可估量的。

本文以光伏阵列的数学模型为基础，借助MATLAB强大的模型搭建平台，搭建光伏阵列模型，通过输出特性曲线验证仿真模型的正确性。光伏阵列的输出会因情况转变而发生转变，这在一定程度上造成了功率消耗。为了避免资源浪费，通常在光伏阵列和负载之间需要加入最大功率点跟踪环节。本文分析了一些常见MPPT算法，对他们的优缺点以及适用范围也进行了比较。针对传统的电导增量法无法兼顾动态响应速度与稳态精度的缺点而提出一种改变步长的电导增量法。通过改变日照强度或温度研究两种算法对环境变化的适应能力，仿真结果表明：改进后的算法在环境温度、日照强度等因素变化时也能保持较好的跟踪速度并且保持系统稳定。

关键词：光伏阵列；最大功率点跟踪；变步长电导增量法；MATLAB仿真

Abstract

Human Society from the first industrial revolution into the modernization, has been developing to the present, the demand for energy has increased dramatically, and the traditional fossil energy always one day, one day in the future, traditional Energy will be replaced by renewable energy, so all countries in the world are developing new energy and research. At present, the photovoltaic industry is in a state of expansion and development in the world. All countries in the world are actively exploring how to better develop and utilize solar energy. The photovoltaic industry has also become the fastest-growing new energy industry in the world in recent years, the market potential of photovoltaic power generation and the development prospect of technology are also inestimable.

Based on the mathematical model of pv array, this paper builds the pv array model with the help of Matlab, and verifies the correctness of the simulation model by the output characteristic curve. The output of the photovoltaic array will change as the situation changes, which to some extent causes the power consumption. In order to avoid resource waste, the maximum power point tracking (MPPT) is usually added between the pv array and the load. In this paper, some common MPPT algorithms are analyzed, and their advantages and disadvantages as well as the scope of application are compared. In order to solve the problem that the traditional conductance increment method can not take into account both the dynamic response speed and the steady-state accuracy, a new conductance increment method with variable step length is proposed. The adaptability of the two algorithms to environmental changes is studied by changing the intensity of sunlight or the temperature, the simulation results show that the improved algorithm can keep a good tracking speed and a stable system when the environment temperature and sunshine intensity change.

Key Words：Photovoltaic array; maximum power point tracking; variable step conductance increment method; MATLAB simulation

目 录

摘 要 3

目 录 1

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究现状 2

第2章 光伏阵列原理与建模设计 4

2.1 光伏电池的工作原理 4

2.2 光伏电池模型 5

2.3 光伏电池的的建模与特性分析 6

第3章 DC/DC变换器原理与参数设计 9

3.1 Boost电路原理分析 9

3.2 储能电感L的选择 11

3.3 滤波电容C的选择 11

第4章 最大功率点跟踪MMPT算法原理与建模 13

4.1 MPPT工作原理 13

4.2 常规的MPPT控制算法分析 14

4.2.1 恒定电压法 15

4.2.2 扰动观察法 16

4.2.3 电导增量法 17

4.3 变步长电导增量MPPT算法原理与建模 20

4.3.1 变步长电导增量法原理分析 20

4.3.2 变步长电导增量法建模分析 22

4.3.3 变步长电导增量法仿真结果 23

第5章 总结与展望 28

参考文献 29

致谢 31

第1章 绪论

1.1 研究背景

伴随人口的不断增长，对能源的需求急剧加大，而有限的化石燃料正消耗殆尽，造成了温室效应、酸雨等各种环境问题，严重威胁着我们的生活^[1]。为了维持经济的可持续发展和避免能源危机出现，开发利用无污染或少污染的新型可替代能源已经是大势所趋。

目前，世界上大部分电力来自煤炭、石油和天然气等化石燃料。然而，由于其数量有限、价格不断上涨以及造成的污染，各国政府和企业正越来越多地探索可再生能源。近年来，太阳能、风能、地热能和水力发电已成为传统燃料的潜在替代品。而太阳能因其独特的优点而收到人们的追捧。太阳能具有许多优点，例如模块化、可扩展性、维护成本低、安装地点的限制较少、安装灵活性、峰值输出时间与一天中的峰值需求时间相匹配等。

太阳能具有与其他能源资源互补能力强的优点，并因其巨大的潜力和独特的优势而受到世界各国的关注和支持^[2,3]。如今，太阳能的使用有三个主要方向：将太阳能直接转化为电能功率，在热力学循环中将太阳能转换为电能，将太阳能转换为热能^[4]。其中，转换成热能和直接用电的需求最大。

太阳能不受地域影响也不像化石燃料会被消耗殆尽，以前只注意到太阳能能带给我们光和热，而现在利用太阳能的方式主要是用它进行发电。光伏发电产业在近些年发展十分迅速，光伏发电既能有效的节省成本又能带来十分巨大的经济效益，相比于传统的发电方式，光伏发电只要具备过硬的技术就能实现，但是光伏发电的能效利用仍有待提高。