光伏發(fā)電MPPT跟蹤系統(tǒng)仿真設(shè)計前言目前我們其實已經(jīng)掌握了未來清潔能源發(fā)展的載體：太陽能、生物能、風(fēng)能、水能，以及海洋能。根據(jù)歐洲能源組織報告，二十一世紀(jì)中葉全球能源供給分配中，太陽能占比約40%、生物能占比約30%、風(fēng)能占比約15%、水能海洋能約10%，原油僅占5%。這類以太陽能為首的可再生能源的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢是可以長期免費(fèi)使用，而且可以隨時隨地使用，不需要復(fù)雜的地質(zhì)變換過程。目前的關(guān)鍵是新能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷更迭，相關(guān)設(shè)備的價格已從上世紀(jì)末以來下降了50%,而與此同時，傳統(tǒng)能源的價格卻增長了一倍。2021年3月13日，一場特大沙塵暴襲擊了蒙古國，究其原因，就是對環(huán)境污染問題處理得不夠徹底，陷入惡性循環(huán)。污染是文明的隱形副產(chǎn)物，威脅著空氣、土壤、水以及基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量和完整性。在電氣工程領(lǐng)域當(dāng)中，反饋的過程可以用該過程的極點位置表示控制特性。如果極點處在左半平面上，則過程是穩(wěn)定的。如果極點處在右半平面上，過程就是不穩(wěn)定的。穩(wěn)定，意味著該過程趨于自我糾正，不穩(wěn)定，則意味著無止境的增加。減少導(dǎo)致氣候惡化的能源浪費(fèi)問題變得更加緊迫。清潔能源是我們唯一的選擇，同時，現(xiàn)階段如何更有效利用現(xiàn)階段的太陽能發(fā)電光伏能源系統(tǒng)，提高發(fā)電效率，并為后續(xù)建設(shè)提供可參考的經(jīng)驗，成了重中之重。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;擾動觀察法;電導(dǎo)增量法;最大功率點跟蹤控制目錄1緒論 41.1研究背景及意義 41.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 51.2.1光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 51.2.2光伏發(fā)電最大功率點跟蹤控制算法研究現(xiàn)狀 61.3研究內(nèi)容及研究方法 72阿拉爾地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析及設(shè)計原則 82.1阿拉爾地區(qū)光照資源分析 82.1.1日照時數(shù)相關(guān)性 82.1.2阿拉爾日照時數(shù)分析 82.2阿拉爾地區(qū)光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀 93光伏發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真 103.1光伏發(fā)電簡介 103.2光伏電池簡介 113.3光伏電池輸出特性分析 124光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路及控制算法研究 154.1光伏MPPT工作原理 154.2光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路的確定 175光伏MPPT系統(tǒng)的仿真模型建立 215.1光伏MPPT系統(tǒng)的仿真模型 215.2擾動觀察法 225.3電導(dǎo)增量法 27總結(jié) 341緒論1.1研究背景及意義隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的迅速進(jìn)步和發(fā)展,廣大的人民群眾對于電力的要求與日俱增。國民經(jīng)濟(jì)與用電量緊密掛鉤,在需求不斷遞增的過程中，相關(guān)新型能源也引起了人們的注意，新型能源之所以被稱為新型能源是因為它具有傳統(tǒng)能源不具備的特點：短期可再生?？稍偕茉匆彩撬麄兊姆Q謂。自上世紀(jì)以來，化石燃料的消耗量一直居高不下，不斷增加。然而,自21世紀(jì)以來,兩個重要的問題都已經(jīng)開始出現(xiàn)。第一個是關(guān)系到化石燃料資源供應(yīng)量的匱乏與能源清潔的問題。世界各地的人們都普遍認(rèn)為當(dāng)前世界上的石油儲量存放是一種極具局限性的資源,并且伴隨著越來越多的發(fā)展中國家開始更加重視使用其他國家更多的能源和產(chǎn)品,促進(jìn)其工業(yè)化程度和推進(jìn)中產(chǎn)階級經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,石油供應(yīng)也將繼續(xù)保持快速增長。如此巨大的增加量會帶來龐大的有限性資源。再者,這些物流資源的市場價格也都會隨之發(fā)生巨大的變化。太陽能和風(fēng)力發(fā)電作為一種可再生能源技術(shù)的主導(dǎo)驅(qū)動者,正是對日益增長的清潔能源供給和與日益攀升的石油價格相脫鉤的需求。太陽能光伏發(fā)電最大的魅力之一就是它不必花任何時間來運(yùn)行和維護(hù):在項目建設(shè)完成初期的投資以后,能源幾乎全都是免費(fèi)使用,而化石燃料則必須經(jīng)過長期的采購,并且有種種的跡象說明價格會繼續(xù)向上走高。第二個問題是氣候全球性變暖，燃燒燃料將把各種溫室氣體排放到大氣中，這引起氣候的變化，這一理論已被人們廣泛接受。未來將會出現(xiàn)洪水、干旱等更加極端的天氣，全球平均溫度也將升高。亟需采取國際行動來消除人為導(dǎo)致的氣候變化的影響已經(jīng)成為全球的共識。這些措施主要是通過減少化石燃料及燃料產(chǎn)品在工業(yè)應(yīng)用中的使用數(shù)量,從而降低溫室污染物排放。為了推動這些措施的成功,利用更清潔、污染物排放量較小的技術(shù)對于代替化石燃料具有很大的意義。因此,各種可再生能源技術(shù)將會大幅度地降低整個地球范圍內(nèi)的溫室氣體污染物釋放時，并起到不可或缺的作用,并且很快就會成為今后幾年世界各國能源需求結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要組成部分。2020年九月，習(xí)近平主席在聯(lián)合國大會中提出：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！毕胍獙崿F(xiàn)2030年前碳達(dá)峰，十五五期間每年風(fēng)、光新增裝機(jī)量應(yīng)至少是當(dāng)前的2倍。因此提高光伏發(fā)電效率是當(dāng)務(wù)之急。表1不同的能量載體對太陽能的轉(zhuǎn)化效率以及能量生產(chǎn)周期能量載體能量產(chǎn)生周期/年太陽能轉(zhuǎn)化效率煤炭、褐煤>150,000,000<0.001%石油、天然氣>100,000,000<0.001%木材1~300.1%~1%生物能0.1~10.04%~5%水能0.01~1<1%風(fēng)能持續(xù)產(chǎn)能0.25%~2%光伏能源持續(xù)產(chǎn)能6%~25%1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢的情況下，石油經(jīng)濟(jì)不穩(wěn)定性和環(huán)境污染等問題正變得越來越普遍，各國政府都在采取積極措施。減少國內(nèi)公司對國外一次性化石能源依賴，開發(fā)和利用太陽能為此提供了一種可供選擇的解決方案，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)探明光伏產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁發(fā)展是未來能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。很多國家都設(shè)定了未來五到十年的碳排放目標(biāo)未來30年的碳排放目標(biāo)，以及未來三十年內(nèi)的可再生能源發(fā)電占比，能源生產(chǎn)中可再生能源的目標(biāo)是將世界推向“碳中和”，早日發(fā)展進(jìn)入凈零碳社會。在當(dāng)今世界上許多國家，特別是在發(fā)達(dá)國家，各級政府機(jī)構(gòu)都在積極利用稅收減免等其他激勵措施。最終用戶，分銷商，太陽能產(chǎn)品系統(tǒng)集成商、制造商提供補(bǔ)貼和經(jīng)濟(jì)激勵措施。大多數(shù)歐洲國家，一些亞洲國家已經(jīng)發(fā)布了可再生能源政策，大力發(fā)展太陽能，以減少對其他能源的依賴。2010年之后，歐美大部分國家放慢了對光伏產(chǎn)業(yè)的支持與發(fā)展腳步，中國后來居上，充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢，集中力量促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的快速增長，已成為為全球光伏事業(yè)發(fā)展的引領(lǐng)者，是全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力，累計光伏裝機(jī)并網(wǎng)容量達(dá)16GW。2019年，中國實現(xiàn)了新增組合光伏發(fā)電網(wǎng)絡(luò)30.1GW，連接到光伏網(wǎng)絡(luò)的電能的累積功率達(dá)到204.3GW。累計安裝的光伏發(fā)電已連續(xù)兩年保持世界第一。年度光伏發(fā)電電2.2426×1011個千瓦時，比上年增長26.3％占能源生產(chǎn)總量3.1％，比去年增長0.5％。另外，根據(jù)中國光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，2019年，中國的光伏產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了出口價格上漲，出口增長一倍，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的對外出口額超過2.00×1010美元。1.2.2光伏發(fā)電最大功率點跟蹤控制算法研究現(xiàn)狀光伏發(fā)電裝置相關(guān)設(shè)備裝機(jī)量逐年增加，提高光伏發(fā)電效率的重要性不言而喻，為了充分發(fā)揮地區(qū)太陽能優(yōu)勢，實現(xiàn)對太陽能資源的充分利用，最大功率追蹤技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，不同的MPPT算法不斷被提出。光伏發(fā)電裝置的輸出特性曲線并不是常見的線性性質(zhì)，有著明顯的非線性，各種外界條件都會影響光伏發(fā)電裝置輸出的穩(wěn)定性，導(dǎo)致光伏發(fā)電很多時候并不如意，自MPPT算法的引入，光伏發(fā)電效率明顯上一個臺階。無數(shù)科學(xué)家及學(xué)者投身其中，在火星著陸的各類探測儀都是靠著光伏板發(fā)電提供維系行動所需的能源。隨著時間的推移，各類MPPT算法不斷被提出，每種算法有著各自的優(yōu)點同時又有著不可避免的短板，在不斷的完善發(fā)展中，最大功率點追蹤技術(shù)。1.3研究內(nèi)容及研究方法光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種具有非線性特性的系統(tǒng)，容易受到環(huán)境中各種因素的影響，導(dǎo)致其功率難以維系在最大處：最大功率點跟蹤（MPPT）技術(shù)。本文的主要工作包括：（1）并且深入地重點分析了目前光伏能源發(fā)電系統(tǒng)行業(yè)國內(nèi)外主要研究成果目標(biāo)的發(fā)展現(xiàn)狀及最大功率節(jié)點光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。（2）從光伏電路的設(shè)計深入地分析研究了此類光伏等效電池的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計工作基本原理，根據(jù)光伏電路的理論基礎(chǔ)和工作原理對光伏等效電池中目前使用率最高的單充電二極管等效硅池電路基礎(chǔ)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計分析，建立了用于光伏等效電池的電路設(shè)計和制造工程量化的基礎(chǔ)原理模型。通過相關(guān)仿真軟件搭建了光伏電池的仿真模型，并在標(biāo)準(zhǔn)條件（STC，光照強(qiáng)度Sref=1000W/m2，溫度Tref（3）分析研究了光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路即DC/DC變換電路，詳細(xì)分析了直流-直流變流電路及其類型。（4）通過分析MPPT原理的概念，證實了DC/DC轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用不可或缺性。以此作為研究的基礎(chǔ)探究了MPPT算法，對擾動觀察法和電導(dǎo)增量法方法進(jìn)行仿真設(shè)計以及詳細(xì)分析。2阿拉爾地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析及設(shè)計原則2.1阿拉爾地區(qū)光照資源分析2.1.1日照時數(shù)相關(guān)性日照時數(shù)的變化與眾多要素因子有關(guān)。它們都可能對日照時數(shù)產(chǎn)生重要影響。阿拉爾氣候干燥，積云極少，年降水量僅為50毫米左右，冬季能見度相比長江區(qū)域有著顯著優(yōu)勢。2.1.2阿拉爾日照時數(shù)分析日照時數(shù)是度量一個地區(qū)光能資源豐欠的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。如圖2-1所示，在國內(nèi)，阿拉爾市年日照時數(shù)僅次于西藏，內(nèi)蒙古等部分區(qū)域，在太陽能利用方面，具有得天獨(dú)厚的地理條件及優(yōu)勢。且相對南方城市地廣人稀，低投資且高回報，更容易吸引資金注入，為當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)添磚加瓦。積極利用開發(fā)這種可再生能源，對改善阿拉爾乃至整個新疆環(huán)境大有裨益。圖2-1中國年日照時數(shù)中國除了新疆西南部等地的日照時數(shù)在增加外,全國大部分地區(qū)的日照時數(shù)都在減少。;1987年后，阿拉爾市年、季日照時數(shù)呈現(xiàn)出增加趨勢，這可能與整個新疆20世紀(jì)90年代后冷空氣活動減少、氣候轉(zhuǎn)暖、植被環(huán)境改善、浮塵日數(shù)減少的大背景有關(guān)。阿拉爾市地處天山南麓，塔克拉瑪干大沙漠北緣，,年日照2900余小時,4-10月平均日照9.5小時。2.2阿拉爾地區(qū)光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀光伏系統(tǒng)在我國南疆地區(qū)應(yīng)用非常廣泛，建設(shè)太陽能發(fā)電站周期短，投入低，回報高。在阿拉爾市，部分團(tuán)場條件較為艱苦，雖然公共電網(wǎng)已全面積覆蓋，但可靠性相對來說不及其他縣市單位，在夏季高溫農(nóng)業(yè)大面積抽水灌溉時節(jié)用電時若斷電會來不及前往搶修，對農(nóng)作物造成不可逆的破壞，給團(tuán)場勞務(wù)人員造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。同時，在全世界范圍內(nèi)，已安裝超過10000個光伏供電的水泵，可與各種灌溉設(shè)施配套應(yīng)用，節(jié)水節(jié)能。因此，配備獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電裝置對于團(tuán)場人員的正常生活是不可或缺的。二是與公共電網(wǎng)相連接，與公共電網(wǎng)一同承擔(dān)供電任務(wù)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，如圖所示。圖2-2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖阿拉爾所處的南疆四地州5年平均可以有效使用的太陽能發(fā)電小時數(shù)大約是1230小時到1300個小時之間,南疆四地州的光伏發(fā)電指標(biāo)由于需要充分考慮到太陽能光伏發(fā)電量被消納的情況,不能任何的隨意釋放。截至目前,南疆四地州的光伏發(fā)電也是以當(dāng)?shù)氐南{型發(fā)電為主。由于光伏電站消納量和資金實在有限,盲目地過多地開發(fā)光伏電站,非常容易導(dǎo)致窩電現(xiàn)象所以在現(xiàn)有條件下，盡可能提高發(fā)電效率，積極發(fā)展光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)為以后發(fā)展建設(shè)作鋪墊才是重中之重。2.3本章小結(jié)本章首先從多方面闡述了日照時長的影響因子，并對阿拉爾日照時長以及未來日照時長變化的趨勢進(jìn)行了具體分析，凸顯選址阿拉爾作為光伏發(fā)電站的優(yōu)越性。然后闡明了阿拉爾地區(qū)光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀，只有足夠了解現(xiàn)狀，立足于此，才能展望未來，從長規(guī)劃。3光伏發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真3.1光伏發(fā)電簡介“光伏”（Photovoltaic）一詞是兩個希臘單詞的合并：希臘語中“Photo”指光，“Voltaic”指電力。光伏電池的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的能量轉(zhuǎn)換，也可稱為光生伏特效應(yīng)。一個2kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)將會減少排放大約40t的二氧化碳?xì)怏w，這相當(dāng)于需要種植0.5hm2的樹木才能吸收完這些排放的二氧化碳。圖3-1（a）描述了在太陽光線的輻射下，單個光伏電池單元將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的具體過程。光子有的被反射回去有的則是直接穿過P-N結(jié)。如圖3-1（b）為電位差的產(chǎn)生示意圖，圖中的B、C，這兩個電子空穴對都是在P-N結(jié)中產(chǎn)生的，而電子帶負(fù)電。光伏電池中的能量變化離不開光生伏特效應(yīng)，它是光伏發(fā)電的基礎(chǔ)。圖3-1光生伏特效應(yīng)示意圖3.2光伏電池簡介圖3-2光伏電池等效電路模型表3-1光伏電池變量詳解符號作用或意義R負(fù)載Rs等效串聯(lián)電阻Rsh等效并聯(lián)電阻Iph光伏電池光生電流Ish流過等效并聯(lián)電阻的電流Id流過等效二極管的電流I流過負(fù)載的電流U負(fù)載兩端電壓根據(jù)以上電路，由基爾霍夫電流定律可得I=Ｉ＝表3-2在給定光照強(qiáng)度和溫度下各參數(shù)含義符號意義或相關(guān)性Isc短路電流，與光伏電池的尺寸大小成正比Uoc開路電壓，與入射光譜輻照度的對數(shù)成正比Im在最大功率點處的電流Um在在最大功率點處的電壓Pm光伏陣列可能輸出的最大功率，Pm=Um×Im3.3光伏電池輸出特性分析（1）UL-IL及P-由圖3-2仿真模型，在Sref=1000W/m2，Tref=25℃下，對光伏電池進(jìn)行相關(guān)仿真模擬，得到光伏電池UL-IL及P圖3-3光伏電池UL-IL、P-如圖3-3（a）所示，光伏電池屬于非線性的直流電源。隨著電壓逐漸增大，電流從略微減小迅速變化至猛烈下滑至0，可將其視為恒定電壓源。如圖3-3（b）所示，由P-UL（2）相關(guān)參數(shù)改變帶來影響1）標(biāo)況下的相關(guān)曲線在標(biāo)況下的特性曲線如圖3-4、圖3-5中的紅色曲線所示，反映了它的相關(guān)特性。2）光強(qiáng)和溫度對相關(guān)輸出曲線的影響接下來將固定一個參數(shù)調(diào)節(jié)另一個參數(shù)來研究各類型條件下光伏電池的輸出曲線，并分析相關(guān)影響。圖3-4光伏電池在不同日照強(qiáng)度下的UL-IL和P-從圖3-4（a）為三種不同光照條件下UL-IL曲線，可以看出Uoc變化并不大，Isc則與光強(qiáng)成正比例關(guān)系，從圖3-4（b）P-UL曲線可得Pm的大小與光照強(qiáng)度有著明顯的關(guān)系。圖3-5圖3-5光伏電池在不同溫度下的輸出特性曲線從圖3-5（a）UL-IL曲線可以看出，Uoc與溫度呈現(xiàn)出線性相關(guān)，Isc隨溫度變化很小。從圖3-5（b）P-UL曲線所示通過以上分析可知，在給定的不同條件下光伏電池有著不同但唯一的最大功率點。為了使系統(tǒng)充分發(fā)揮和利用太陽能，使效率上升，采用適量的控制手段調(diào)控到最大功率處就顯得很有必要。4光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路及控制算法研究4.1光伏MPPT工作原理通過上一章中的分析表明我們可知，在不同條件下，光伏電池具有不同且唯一的最高輸出功率節(jié)點。為了使其盡可能能夠保持在最高輸出功率節(jié)點，我們就需要通過相關(guān)控制技術(shù)的手段來調(diào)節(jié)，在同等條件下盡可能提高輸出功率。在一般的電氣設(shè)備中，如果此時使得負(fù)載的電阻值等于系統(tǒng)的內(nèi)部阻抗值，則此時它們就可以從負(fù)載上獲取到最大的功率，但是太陽能蓄電池卻被認(rèn)為是一種極不穩(wěn)定的輸出源。輸出功率通常是帶有波動的。根據(jù)相關(guān)電路設(shè)計工作時的原理以及分析方法可知，其本質(zhì)上來說就是光伏電池的輸出阻抗與光伏負(fù)載輸出阻抗必須進(jìn)行相互匹配。圖4-1簡化MPPT系統(tǒng)示意圖如圖4-1所示，Uload為光伏電池陣列的輸出電壓Upv，Iload等于輸出電流Ipv。因此，通過調(diào)節(jié)Rload，使之與Rpv相般配圖4-2光伏電池特性曲線的相關(guān)性從圖4-2可以看出，隨著Rload的阻值達(dá)到某值時，光伏電池達(dá)到其最大功率點（MPP）。而在現(xiàn)實中，Rload一般是固定值，幾乎沒什么變化，對Rload的實時調(diào)節(jié)不太現(xiàn)實。故還需要添加直流-直流變流圖4-3加入DC/DC變換電路的光伏MPPT簡化系統(tǒng)4.2光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路的確定直流-直流變流電路，是連接于光伏系統(tǒng)動力電池和光伏負(fù)載上的電源轉(zhuǎn)換器，廣泛應(yīng)用于光伏和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。為了達(dá)到轉(zhuǎn)變阻抗的設(shè)計目的，從而我們就可以輕松地實現(xiàn)對最大功率節(jié)點的追蹤，DC/DC轉(zhuǎn)換器對MPPT控制單元有著至關(guān)重要的作用。直流斬波電路的種類包括六種，其中降壓斬波電路和升壓斬波電路是兩種最基本的電路。（1）升壓斬波電路如圖4-4所示，Boost變換器電路如圖4-4所示，其中D為二極管，C為電容，R為電阻，Q為開關(guān)管。圖4-4升壓斬波電路原理圖如圖4-5所示為電路的兩種工作模式在不同的工作模式下得到的效果就不一樣。圖4-5變換電路的兩種工作模式L儲能之后具有升高電壓的作用，C可以維持輸出電壓的穩(wěn)定，故得到輸出電壓高于電池電源電壓，電路起到升壓作用。其放大能力為：M=（2）降壓斬波電路Buck變換電路是一種可以使得輸出的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于輸入的交流電壓的非隔離直流變換器，其中的輸入電流通常是脈動式，輸出的電流卻是連續(xù)式。Buck變換電路的工作原理圖如圖4-6所示。圖4-6降壓斬波電路原理圖圖4-7該變換器的兩種模式如圖4-7（a）所示，Q閉合時，D因反向截止相當(dāng)于斷路。電源Us在給電感L充電的同時向負(fù)載R供電。電感L發(fā)出功率。電容C起著濾波的作用如圖4-7（b）所示，Q關(guān)斷截止時，Us斷路，此時L中儲存的能量通過D形成的回路，對負(fù)載R當(dāng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，負(fù)載電壓Uo與電源電壓UsU式中D為占空比，因為式中D的值在0到1之間，所以可以起到相應(yīng)的調(diào)節(jié)作用。（3）升降壓斬波電路如圖4-8所示，升降壓斬波電路也稱作Buck-Boost變換器，可通過調(diào)節(jié)占空比來改變輸出電壓。當(dāng)0<D<1/2時，輸出電壓比電源電壓低，為降壓。當(dāng)1/2<D<1時輸出電壓比電源電壓高，為升壓。圖4-8升降壓斬波電路原理圖其開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)電路圖如圖4-9所示。圖4-9升降壓斬波電路的兩種工作狀態(tài)如圖4-9（a）所示，當(dāng)Q閉合時，D反向截止，相當(dāng)于斷路，左側(cè)右側(cè)電路各自構(gòu)成閉環(huán)，Us加在L上，電流通過L使其如圖4-9（b）所示，當(dāng)Q關(guān)斷截止時，電感線圈的兩極性為下正上負(fù)，此時二極管D正向?qū)?，L對C充電使其儲能，同時也能向負(fù)載供電。當(dāng)電路處于穩(wěn)定狀態(tài)時，Uo與UU0<D<1,由上述可知，Uo既可以比Us高，也可以比5光伏MPPT系統(tǒng)的仿真模型建立5.1光伏MPPT系統(tǒng)的仿真模型圖5-1光伏MPPT系統(tǒng)的MATLAB/Simulink仿真模型如圖5-1所示，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的MATLAB/Simulink仿真模型，包含有光伏電池、Boost變換電路、MPPT控制器和PWM模塊。系統(tǒng)通過對光伏電池實時的輸出監(jiān)測，驅(qū)使MPPT控制器模塊尋找最大功率點并給出控制信號，通過PWM調(diào)制器調(diào)節(jié)占空比，使得光伏發(fā)電維持在最大功率輸出。最大輸入功率各節(jié)點的自動跟蹤方法即可進(jìn)行控制光伏網(wǎng)絡(luò)發(fā)電并網(wǎng)陣列系統(tǒng)輸出輸入功率永遠(yuǎn)最大，有很多種同時可以進(jìn)行控制的跟蹤方法也都可以進(jìn)行實現(xiàn)如FMPPT，他們分別中所指的主要是固定交流電壓法、擾動電流觀測法、增加穩(wěn)壓電流傳導(dǎo)法、滯環(huán)比較法模糊控制、滑模自動監(jiān)視等，光伏并網(wǎng)發(fā)電陣列系統(tǒng)通常需要選擇一種集中式最大輸入功率各節(jié)點的自動跟蹤(FMPPT)解決方案，即對多個并聯(lián)光伏的串聯(lián)所組成的發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)輸入功率和輸出電壓變化曲線的運(yùn)動特性等都可以同時進(jìn)行最大輸入功率點各節(jié)點的自動跟蹤，光伏并網(wǎng)陣列發(fā)電系統(tǒng)僅僅是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的重要可組成的一部分。5.2擾動觀察法圖5-2擾動觀察法a功率b占空比c電流d電壓圖5-3光照強(qiáng)度由1000W/m2瞬間下降到800W/m2的情況如圖，為擾動觀察法下光照強(qiáng)度突然下降條件下各參數(shù)變化情況，電壓基本不變；電流在開始時先下降再略微上升趨于穩(wěn)定，光照強(qiáng)度降低后電流斷崖式下跌并趨于穩(wěn)定，最終功率呈現(xiàn)出直線下跌的情況。a功率b電流c電壓圖5-4溫度由25℃增加到45℃的情況圖5-5P&O算法的簡易流程圖5.3電導(dǎo)增量法基于對最大功率點的觀察，會出現(xiàn)下面這個式子的情況：d對應(yīng)于光伏電壓的電流關(guān)系可以用下式表示：I因此式的有效性可表示為I最大功率點輸出電導(dǎo)的絕對值等于增量電導(dǎo)的絕對值，這是增加電導(dǎo)方法的前提條件，也是基礎(chǔ)。該方法需要對電壓進(jìn)行重復(fù)擾動，并滿足下列條件：I圖5-6電導(dǎo)增量法a功率b占空比c電流d電壓圖5-7光照強(qiáng)度由1000W/m2瞬間下降到800W/m2的情況如圖，為電導(dǎo)增量法下光照強(qiáng)度突然下降條件下各參數(shù)變化情況，電壓基本不變；電流在開始時先下降再略微上升趨于穩(wěn)定，光照強(qiáng)度降低后電流斷崖式下跌并趨于穩(wěn)定，最終功率呈現(xiàn)出直線下跌的情況。得到整體情況與擾動觀察法相似。a功率b電流c電壓圖5-8溫度由25℃增加到45℃的情況圖5-9電導(dǎo)增量算法的流程圖總結(jié)光伏發(fā)電已經(jīng)成為新時代炙手可熱的話題，隨著碳中和的提出，光伏發(fā)電等新能源發(fā)電領(lǐng)域也已經(jīng)進(jìn)入新紀(jì)元，前途一片光明。未來中電投等新能源公司將會進(jìn)一步穩(wěn)健推動各地區(qū)光伏發(fā)電占比，特別是阿拉爾所處的新疆地區(qū)。光伏技術(shù)的發(fā)展將成為推動該地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長的巨大助力，本文首先講述了光伏產(chǎn)業(yè)及MPPT算法的現(xiàn)狀，并對光伏電池建模及仿真分析，采用了兩種方法進(jìn)行最大功率點追蹤有助于對阿拉爾光伏發(fā)電站的見解，并可以幫助其改善其發(fā)電效率。本設(shè)計通過擾動觀察法和電導(dǎo)增量法來實現(xiàn)MPPT追蹤，