摘 要

作为一种无污染的可再生清洁能源，太阳能的开发和应用近年来都备受关注。而光伏发电技术则是利用太阳电池组件将太阳光能直接转化为电能的，配备其他的辅助设备，如电池、控制器、逆变器等，就可以构成不同的发电系统。近十年来，光伏发电产业每年以40%~50%的速度递增，成为当今世界上发展最快的能源产业。光伏能源是清洁，无污染，无限的最重要的能源。在目前，跟踪最大功率点技术已经被用于大量产业中。在光伏系统中使用最大功率点跟踪技术可以最大化光伏阵列输出功率，无论温度和辐射条件怎么变化，PV电池的负载特性都是一条形状相似的曲线，将光伏阵列的输出功率用于直接控制升压转换器可以降低系统的复杂性。由于太阳能电池的输出特性(IV)受外界环境的影响,温度和光照的变化将导致最大功率点位置发生变化的特征，因此本文提出了一种新的Matlab / Simulink模型，考虑了光照变化的影响。因为光伏电池转换效率非常低，成本高，初期大投资，因此有必要采用MPPT控制功能提高效率光伏系统。这里根据太阳能控制器的要求与特点，提出了一种基于自适应占空比控制法的MPPT算法的太阳能智能控制的设计方法。

全文分为四个部分。第一部分介绍了太阳能的开发利用和前景,系统介绍。第二章介绍光伏电池的特性及其仿真建模。第三部分，介绍各种mppt方法。第四章，介绍基于自适应占空比控制的光伏mppt算法，将其与扰动观测法的matlab仿真结果来比较分析。

关键词：光伏发电; 太阳能电池组件;自适应; matlab; MPPT

Abstract

As a pollution-free renewable clean energy, solar energy development and application in recent years have attracted much attention. Photovoltaic power generation technology is the use of solar modules to directly convert solar energy to electricity energy, and then equipped with other auxiliary equipment, such as batteries, controllers and inverters, etc., can constitute a different power generation system. Over the past decade, the photovoltaic power generation industry every year to 40% to 50% of the rate of increase in today's world's fastest growing energy industry. PV energy is clean, non-polluting, infinite the most important energy. At present, tracking the maximum power point technology has been used in a large number of industries. The maximum power point tracking technique in a PV system maximizes the output power of the PV array. Regardless of temperature and radiation conditions, the PV cell's load characteristics are a similar shape curve, and the output power of the PV array is used to directly control the output The voltage converter can reduce the complexity of the system. Because of the influence of the output characteristics (Ⅳ) of the solar cell, the change temperature and the irradiation of the light will lead to the change of the maximum power point position. Therefore, this thesis presents a new Matlab / Simulink model, taking into account the influence of light The Because PV cell conversion efficiency is very low, high cost, early large investment, it is necessary to use MPPT control function to improve the efficiency of photovoltaic systems. According to the requirements and characteristics of solar controller, a design method of solar intelligent control based on MPPT algorithm with adaptive duty ratio control method is proposed.

The thesis is divided into four parts. The first part describes the use of solar energy and prospects for the development of the system. Chapter 2 describes the characteristics of photovoltaic cells and their simulation modeling. The third part introduces various mppt methods. In the fourth chapter, we introduce the mppt algorithm based on adaptive duty cycle control, and compare it with the matlab simulation results of disturbance observation method.

Key words: photovoltaic power generation; solar cell module; adaptive; matlab; MPPT

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国外光伏发电的发展和现状 1

1.2.2国内光伏发电的发展和现状 2

1.3研究的主要内容和方法 2

第2章 光伏电池的特性及其仿真建模 4

2.1太阳能光伏系统 4

2.1.1太阳能光伏系统的分类 4

2.2太阳能电池的物理基础 5

2.3光伏电池的等效模型 6

2.4光伏电池的仿真建模 7

2.4.1光伏组件的数学模型 7

2.4.2光伏电池的模型搭建和特性分析 9

2.5本章小结 10

第3章 最大功率点跟踪算法 11

3.1光伏MPPT的背景及原理 11

3.1.1MPPT的背景 11

3.1.2最大功率点跟踪的原理 11

3.2传统的MPPT控制方法 13

3.2.1 恒电压跟踪法（CVT） 13

3.2.2扰动观测法（Pamp;Q） 14

3.2.3电导增量法(INC) 16

3.3 智能控制法 18

3.3.1神经网络控制 18

3.3.2模糊逻辑控制法 19

3.4本章小结 20

第4章 基于扰动观察法的光伏MPPT的算法优化 21

4.1传统单一控制法的建模仿真及其结果分析 21

4.2优化算法的模型和设计 22

4.2.1优化扰动观察控制的主题思想 22

4.2.2流程设计以及理论依据 23

4. 3自适应占空比优化算法的建模和仿真 25

4.4结果分析 25

4.5本章小结 27

第5章 光伏并网发电系统的设计和仿真 28

5.1光伏并网发电系统仿真模型搭建 28

5.2光伏并网发电系统仿真结果比较分析 29

5.3本章小结 30

第6章 总结与展望 31

参考文献 33

致谢 34

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

日益增长的能源需求和对环境日益增长的关注引发了对可再生能源利用的巨大兴趣。目前，可再生能源仅占全球能源消费的7％，随着全球能源需求的增加，可再生能源将略有增加。最近讨论的其中一个替代能源是太阳能，因为它是可持续和环保的。

太阳能发电或光伏电池（PV）可能在不久的将来成为我们的主要能源之一。 PV是利用太阳能的光能，将光直接转化为电。它由通过掺杂硅工艺产生正负型半导体的材料组成。尽管太阳能在今天的能源系统中占有很小的比例，但是资源规模是巨大的，我们可以说，地球在一个小时内比一年多的全球人口使用更多的能量从太阳中获得更多的能量。太阳能作为一种可持续利用的清洁能源,具有巨大的开发应用潜力。人类几乎依靠所有的自然资源来生存，人类利用太阳能的历史可以追溯到人类时代。太阳能是人类赖以生存和发展的最基本的能源形式。从现代科学技术的发展来看,太阳能的开发利用技术可以决定人类未来的生活方式。目前，虽然太阳能光伏发电的成本非常高，但从长远来看，随着技术的进步，其他形式的能源使用逐渐饱和，太阳能可能是2030后能源使用的主要形式，具有无法估量的发展潜力。