经济发展离不开电力供应，电力供应离不开能源的消耗，随着不可再生能源的不断减少，发展可再生能源发电技术对电力行业未来的长足发展意义重大。近年来, 以光伏为代表的可再生能源建设已取得快速的发展。太阳辐射能是重要的清洁能源，是取之不尽、用之不竭的。研究表明，太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万kW，假如把地球表面0.1%的太阳能转变为电能，转换效率5%，则每年发电量可达5.6×1012kWh，相当于目前世界上能耗总量的近40倍。因此，深入研究光伏发电理论，探究各种应用背景下提升光伏系统发电效率及运行稳定性的关键技术，对解决当下严重的能源危机及环境污染问题具有重大意义。光伏发电以其丰富、高效、清洁、低碳、耐用的特点被世界各国政府及企业公认为是未来最为实用、最具发展潜力的新技术，已成为当今世界能源发展的主流方向之一。根据国家《电力发展“十三五”规划》，到2020年，全国太阳能发电装机容量将达到1.1亿千瓦以上。然而，随着新能源装机容量的快速增长和装机规模的不断扩大，在布局、电网输送、系统调解等客观因素的影响下，光伏发电的随机性、间歇性和反调峰等特性给电网安全以及经济运行也带来了巨大压力。

由于光伏电池的非线性特征，光伏系统的输出功率会随光照强度、温度、负荷等外界因素的变化而改变。此外，光伏组件易受周围建筑、电线、灰尘、乌云等外部因素的遮挡而产生不均匀的局部阴影,且光伏阵列中的光伏组件也会互相影响，进而造成光伏阵列的输出功率降低。当发生较为严重的局部遮阴时还会产生热斑效应，导致光伏组件的电气性能发生变化，严重时甚至会造成其永久性的损毁。光伏阵列是整个光伏系统的能量源泉，为保证光伏系统的高效运行，首先必须了解光伏阵列的电气特性。在实际应用中光伏阵列常处于局部阴影中，而光伏组件的供应商只提供标准测试条件下的电气特性。为全面了解光伏阵列在局部遮阴环境下的工作特性变化，获取最大输出功率，研究并建立不均匀光照下光伏阵列的最优拓扑结构模型是非常重要的。

本设计拟深入分析光伏组件在正常光照与局部遮阴等环境条件下的工作特性, 研究特定应用背景下的光伏阵列拓扑结构，建立对复杂多变的环境条件具有最佳响应能力的光伏阵列最优拓扑结构模型，并基于MATLAB/Simulink仿真平台验证其有效性。本设计的研究工作对于提升光伏系统在复杂环境条件下的工作效率及鲁棒性具有重要意义。

2.1 本设计的基本内容、目标

光伏发电原理是利用光生伏特效应将光能转变为电能。在光伏系统中，光伏阵列是接收太阳能的主要环节，通常由一定数量的光伏组件按照一定拓扑结构连接而成。,因光伏组件是不稳定电源，其输出功率受光照强度、温度以及负载等外界因素影响较大。为此，需采用最大功率点跟踪(MPPT)技术对光伏阵列的工作点进行实时监控，以保证系统在外界环境变化时能够实时以最大功率对外输出。简单的光伏系统通常由光伏阵列、ＤＣ-ＤＣ电路、ＤＣ-ＡＣ电路、ＭＰＰＴ控制单元以及负载等部分构成（如图1所示）。光伏电池是不稳定电源，其输出功率与光照强度、温度以及负载的外界因素息息相关。如光伏电池在不同强度的光照环境下的P-V特性曲线（如图2所示）

图1基本光伏发电系统结构图