论文总字数：22250字

摘 要

随着化石能源的不断消耗，能源资源存量已不容乐观。太阳能作为一种绿色能源，具有广阔的应用前景。目前的太阳能发电正面临着转换效率不高，成本昂贵的问题，而最大功率点跟踪技术可以较好地解决这两方面问题。目前已有多种最大功率点跟踪技术得到开发利用，它们有着各自的优缺点，根据具体情况不同得到相应的运用。

本文简要介绍了国内外光伏发电的现状和发展，阐明了光伏发电的重要性。对光伏发电系统的分类、组成做了一定说明，通过介绍太阳能电池阐述了光伏组件的原理和工作特性。陈述了最大功率点跟踪的概念和原理，并列举了几种常见的最大功率跟踪方法。本文采用PSIM仿真技术，先介绍了仿真时使用的升压式变换器，并交代了变换电路中电感、电容、整流二极管和功率开关的参数选取，然后搭建了扰动观察法和电导增量法，验证了这两种方法在低压和高压下的正确性。并通过所得仿真结果，比较了两种方法的异同点。

关键词：太阳能发电，最大功率点跟踪，扰动观察法，电导增量法，PSIM仿真

Study on Maximum Power Point Tracking Technologies of Photovoltaic Module in Photovoltaic System

Abstract

With the continuous consumption of fossil energy, the energy reserve is disquieting. As a new green power, solar power will play a more important role in our future life. However, there are two problems in solar power application,, i.e. the price of photovoltaic cell is expensive and conversion efficiency is low presently. In order to solve the two problems, maximum power point tracking (MPPT) control is absolutely necessary. There are a variety of MPPT technologies, which can be employed according to practical condition.

This paper briefly introduces the character and development of the solar power, and points out the importance of photovoltaic power generation. It also illustrates the categorization and the components of the photovoltaic system. Then this paper introduces the working characteristic of the solar cell. It expounds the concept and principle of MPPT, and lists several existing methods of MPPT. This paper uses PSIM simulation software. Firstly, it introduces the BOOST converter and its components, such as inductor, capacitor, diode and the power switch. Then, it sets the Pamp;O BOOST MPPT and the incremental conductance MPPT. These two methods are compared in different situations.

KEY WORDS: solar power, MPPT, Pamp;O BOOST MPPT, incremental conductance MPPT, PSIM

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2光伏发电的现况和发展 1

1.2.1 国外太阳能发电的发展和现况 2

1.2.2我国的太阳能发电技术 2

1.3 本文研究意义 2

1.4 本文主要研究内容 3

第二章 光伏发电系统和最大功率跟踪点的研究 4

2.1 光伏发电系统的种类 4

2.2 光伏发电系统的组成 5

2.2.1光伏阵列 5

2.2.2储能装置^{[6, 7]} 6

2.2.3电力电子变换器 6

2.3光伏电池的基本原理 7

2.4光伏电池的工作特性 7

2.5最大功率跟踪的概念 11

2.6最大功率跟踪的原理 12

2.7几种MPPT算法的介绍 13

2.7.1扰动观察法（爬山法） 14

2.7.2电导增量法 15

第三章 光伏板的建模和BOOST电路的介绍 17

3.1 光伏电池板的建模 17

3.2升压式变换器（boost） 18

第四章 扰动观察法和电导增量法的仿真实现与比较 22

4.1小功率下的扰动观察法 22

4.2 小功率下的电导增量法 25

先建立如下图所示的电力图 25

4.3小功率下增加PI环节的电导增量法 27

4.4 大功率下的扰动观察法 29

第五章、总结 31

参考文献 32

致谢 33

第一章 绪论

1.1 研究背景

从20世纪以来，能源上的匮乏已经成为我们全人类的难题。据可靠资料显示，到目前为止，天然气能源的可使用数量还剩下五十年，石油能源的可使用数量还剩下三十多年，煤炭能源的可使用数量还剩下二百多年。从上面的数据可以看出来，化石燃料能源的可使用数量已经少到需要我们高度重视的地步了。

虽然说我们国家地大物博，拥有的化石能源的数量占到全世界的十分之一，但是由于我国人口众多，而且化石能源主要以煤炭为主，所以我们国家的能源也用不了多久，石油也大部分依赖进口，根据世界能源组织的调查报告显示，我国的可以开发使用的能源大概会在129.7年以后被使用完，所以我国的能源状况也已经敲响了警钟。

我们都知道，太阳的寿命还有六十多亿年，相对于人类文明的长度，可以说太阳能是用不完的了。而且太阳所蕴含的的能量非常巨大，根据有关专家的调查，燃烧地球上的大部分石油所得到的能量才差不多等于每天地球所接受到的太阳辐射能量。相对于石油，太阳能在提供能量的时候，也不会产生二氧化碳和有毒气体，非常干净。所以和风电，核电等发电方式一块被列为未来世界能源的构成部分。虽然太阳能还处在开发阶段，但是由于现在能源紧张的形式，太阳能已经小规模地投入到生产中了。太阳能只要能晒到太阳，就可以发电，所以可以在许多恶劣的环境中提供电能。因此太阳能不仅在生态上，而且在应对恶劣环境上都具有重大意义。^[1]

太阳能的一种重要利用形式就是光伏发电，相对于其他发电系统，光伏发电的优点有^[2]：

1. 、不同规模的发电系统都会有着差不多相同的效率；
2. 、维护方便，可以实现无人值守和自动控制；
3. 、即使只能接收到太阳散射光，依然可以发电，所以系统安装的地点可以随意选择。
4. 、发电时处于静止状态，较为安全；
5. 、太阳能有着取之不尽、用之不竭的特点，而且属于清洁能源；
6. 、光伏电池是微型组建结构的，可以进行连续自动化生产，而且只要需求量得到大幅提升，购电价格也会下降；

如果只有优点的话，光伏发电肯定已经迎来研究热潮，但是它又有着不足之处：

1. 、由于在制作光伏发电设备时要用到硅，所以成本较高^[3]，使得电价很贵，而且目前的光伏发电系统的转换效率还比较低。
2. 、光伏发电的输出功率会随着昼夜的改变和季节的更替变化。
3. 、光伏发电的发电密度很低，因此一个可以正常接入电网使用的光伏发电系统会占据较大的安装面积。

1.2光伏发电的现况和发展

光伏发电的转变方式有：光能向电能的转变，光能向热能的转变和光能向化学能的转变。之所以被称为光电转换，是因为光伏电池运用“光生伏特效应”，把光能直接转变为了电能。光伏发电的研究很早就开始了，距今一百多年以前就有科学家开始了这一伟大的工程。在一千八百多年，伯克莱氏在半导体上进行了光照实验，结果出现了震惊世界的伏安特性的变化，于是光伏效应就应运而生了。之后，通过对不同的半导体的实验，又发现了其他类似的光伏电池。

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