基于simulink光伏电池最大功率点跟踪技术的仿真解读.doc

基于simulink光伏电池最大功率点跟踪技术的仿真解读.doc

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基于simulink的光伏电池最大功率

点跟踪技术的仿真

学院：

专业：

姓名：

指导老师：

信息学院

自动化

张太杰

学号：

职称：

090104031042

许强强

助教

中国·珠海

二○一三年五月

北京理工大学珠海学院2013届本科生毕业设计

诚信承诺书

本人郑重承诺：

本人承诺呈交的毕业设计《基于simulink的光伏电池最大功率点跟踪技术的仿真》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

本人签名：

日期：

年月日

基于simulink的光伏电池最大功率点跟踪技术的仿真

摘要

当今社会都在提倡绿色环保的新能源，其中太阳能是被人类普遍认为的绿色能源。

然而，阻碍太阳能快速发展的根源是光伏电池的转换效率问题。

实际投入应用的光伏电池转换效率都低于35%。

至今许多学者提出了各种各样方法，如恒压控制法、电导增量法、扰动观察法、模糊逻辑控制法和神经网络法等等，来提高光伏电池转换效率。

基于此，本论文主要研究基于simulink的光伏电池最大功率点跟踪技术的仿真。

首先对光伏电池特性进行了分析。

其次确定了仿真的总体设计方案，该方案由光伏电池模块、BOOST电路模块、控制器模块和脉宽调制器模块组成。

再次，对各个模块一一搭建仿真模型，其中BOOST电路模块需要设置好各个元器件的参数；对于控制器模块是根据成熟的扰动观察法的算法搭建，而这是最重要的一部分，它的优劣直接影响到快速跟踪的效果；脉宽调制主要使用占空比增量DD与三角波进行比较得出一定脉宽的信号，用来控制IGBT的导通和关断。

最后，把各个模块连接起来进行仿真，仿真结果表明达到了跟踪最大功率点的目的。

关键词：

光伏电池BOOST电路控制器脉宽调制器

Photovoltaiccellsbasedonsimulinksimulationofmaximumpowerpointtrackingtechnology

Abstract

Today'ssocietyadvocatesgreennewenergyofenvironmentalprotectionandthesolarenergyisconsideredbyuniversalhumanitisgreenenergy.However,thebarrierofthesolarenergydevelopmentisthephotovoltaicbatteryconversionefficiency.Inthepracticalapplicationphotovoltaiccellconversionefficiencyislowerthan35%.Sincemanyscholarshaveputforwardvariousmethods,suchasconstantpressurecontrol,incrementalconductancemethod,disturbanceobservationmethod,neuralnetworkandfuzzylogiccontrolandsoon,toimprovetheefficiencyofphotovoltaiccell’sconversion.

Basedonthis,thisthesismainlystudiesthemaximumpowerpointofphotovoltaiccelltrackingtechnologybasedonSIMULINKsimulation.Firstofall,thephotovoltaiccellcharacteristicsareanalyzed.Secondlydeterminetheoveralldesignschemeofsimulation,thesolutionismadeofthephotovoltaicbatterymodule,theBOOSTcircuitmodule,controllermoduleandpulsewidthmodulatormodule.Again,foreachmoduleonebyonetobuildsimulationmodel,theBOOSTcircuitmoduleneedtosetuptheparameterofallcomponents,andcontrollermoduleisbasedonmaturedisturbanceobservationalgorithmtobuildandthisisthemostimportantpartofthatitdirectlyaffectstheeffectofthefasttrack,PWMusesmainlyconductionthanincrementalDDcomparedwithtriangularwaveobtainedcertainpulsewidthsignal,tocontroltheIGBTturn-onandturn-off.Finally,connectthevariousmodulesofthesimulation.thesimulationresultsshowthatitachievethegoalofthemaximumpowerpointtracking.

Keywords:

PhotovoltaiccellsTheBOOSTcircuitThecontrollerPWM

目录

1引言 1

1.1课题研究背景 1

1.2本课题的目的和意义 1

1.2.1选题的目的 1

1.2.2选题的意义 2

1.3光伏发电的发展和现状 2

1.3.1国内的光伏发电的发展和现状 2

1.3.2国外的光伏发电的发展和现状 3

1.4本课题主要研究内容和创新点 4

1.5研究的基本思路和技术路线 4

1.6本章小结 5

2光伏电池分析 6

2.1光伏电池工作原理 6

2.2光伏电池物理模型 7

2.3光伏电池输出特性 9

2.4本章小结 11

3光伏电池最大功率点跟踪技术的算法 12

3.1光伏电池最大功率跟踪（MPPT）概念和基本原理 12

3.2BOOST电路设计 13

3.2.1BOOST电路模型建立 13

3.2.2参数设置 14

3.3脉宽调制器设计 16

3.3.1PWM模型搭建 16

3.4常用的最大功率跟踪控制方法的分析 17

3.4.1恒压跟踪法 17

3.4.2电导增量法 17

3.4.3扰动观察法 18

3.5控制器设计 19

3.5.1控制器模型搭建 20

3.6本章小结 20

4光伏电池最大功率点跟踪技术的Simulink仿真 22

4.1仿真模型 22

4.2仿真结果 23

4.3仿真结果的总结 28

5结论 29

参考文献 30

谢辞 32

附录 33

1引言

1.1课题研究背景

人类的生存和发展始终离不开能源。

从原始社会的用火石生火，从而获得光能和热能；当瓦特制造出了人类第一台蒸汽机之后，人类就从此步入蒸汽机的时代；当班杰明.富兰克林通过风筝拴上钥匙的实验，发现了电，从此电能把人类推上了电气时代。

人类生存和发展功不可没的是能源。

人类通过自身的劳动和智慧开发了化石能源、核能、地热能、风能及太阳能等。

但是，随着人类不断的快速发展经济，人类对能源的需求永无止境，传统的化石能源用一点少一点，难于维持高速发展的经济，能源危机已迫在眉睫。

经过对全球能源的调查表明：

石油在未来39.9年后会枯竭，天然气在36年后可以用光，煤炭是污染的罪魁祸首却在227年后可以采完。

可见，化石能源的可开采不久后难于维持人类的正常发展。

我们应该合理开发有限的资源，让我们的子孙后代能有资源可用。

并且我们应该积极研究和开发可替代能源，是人类可持续生存发展。

由于近几年来我国经济发展迅速，国内对能源的需求大幅增长。

从1993年起，中国进入了石油净进口国之列,三年之后，中国成为了原油净进口国成员之一，又到2000年，原油净进口量上升到6960万吨，然而，这种趋势在悄然中上升[1]。

大概至2010年，中国的石油进口量即净进口量将到达30%，到2020年将会到达40％左右。

预计到2010年和2020年，中国对天然气进口的依赖程度将分别达到15％和25％[3]。

到那时中国的能源安全很有可能会受到一定威胁。

大量的化石能源的开发和利用在逐步的威胁人类的生存环境。

目前由于大量使用矿物能源，排出的温室气体和有毒气体已经造成非常严重的大气污染。

当前人类的发展面临着环境受到严重的污染和能源短缺的问题，这个问题的解决需要全世界科学界共同努力寻找清洁环保能源。

庆幸的是该问题有了方向，科学家瞄准了取之不尽用之不竭的太阳能。

1.2本课题的目的和意义

1.2.1选题的目的

学习如何查阅文献，获得科研最新进展，本报告与光伏电池有关，因此要多了解这方面的动态。

光伏发电是当今非常看重的能源的来源，他是非常清洁的能源。

当今对他的研究还是在初级阶段，尤其中国这方面的研究远没有西方国家走的更远、更深入。

在能源危机加速的情况下，已促使我国在这方研究的投入不断地加大。

我选择这个课题，希望在这领域能够贡献自己的一份力量。

1.2.2选题的意义

当前，随着经济的高速发展，人类对资源的需求量日益加大，为此给环境造成巨大的破坏。

在环境保护与有限的自然资源的双重矛盾下，因此，各国不得不从新考虑开发和使用新能源。

世界各国都在积极开发太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物能、核能等清洁能源[1]。

其中太阳能是一种非常洁净能源，其来自遥远的恒星—太阳，可以说这是人类永恒发展的不绝动力，对太阳能的开发和利用时几乎不产生任何污染。

使得其越来越受到科学家的广泛关注，它是人类理想的替代能源。

在进十来年许多研究员对太阳能发电和并网进行潜心的研究，研究出了不少的结果，为太阳能发电的推广和应用做到巨大贡献。

但是当今世界，火力发电的比重还是很高，尤其在发展中国家。

发展中国家太阳能等新兴能源没有得到有力的推广，主要是因为缺乏资金和技术并且火力发电投资效益好，建设周期短，技术相当的成熟。

例如我国火力发电所占比重超过70%。

火力发电对环境的破坏和污染非常严重。

为了改善坏境，人类应该努力淘汰高能耗、高污染的火力发电，积极寻求环境友好型的能源。

1.3光伏发电的发展和现状

1.3.1国内的光伏发电的发展和现状

从1985年起，我国开始了光伏电池的研究项目，并且在20世纪70年代的时候制造出自己的光伏电源，到了80年代，我国还渐渐引进了美国单硅光伏电池和非晶体硅光伏电池。

经过十来年的努力，光伏电池在我国已走向了快速发展的道路。

在发展政策制度方面，中央制定了关于“金太阳工程”的项目，该项目的实行使光伏产业得到了极大的发展。

据统计