1、摘要随着世界经济的迅速发展,对能源的需求越来越大,地球化石资源的大量开采与消耗,使石油、煤炭等自然资源日趋短缺,同时也给环境造成了严重污染。因此大力发展太阳能成为了当务之急。光伏电池的输出特性具有强烈的非线性,且受外界环境因素影响大,所以,如何有效的利用、提高太阳能转换效率,成为太阳能利用中一个迫切需要解决的问题。本文通过电力电子技术和控制技术实现太阳能光伏发电的最大功率跟踪（MPPT） ，本文采用了电导增量法跟踪最大功率点。以光伏发电系统为研究对象,以最大限度利用太阳能为主要目标,展开了光伏发电系统效率最优化的理论和实验研究。本文对其进行了基于 PSCAD 的仿真实验。实验结果表明很好的实现
2、了太阳能电池的模拟以及在太阳能输入光照强度改变的情况下，能很好跟踪太阳能电池的最大功率点。关键词：控制器；光伏电池；最大功率点跟踪；电导增量法；PSCAD 仿真AbstractWith the rapid development of the world economy, increasing demand for energy, mass-extraction and consumption of fossil resources of the Earth, the increasing shortage of natural resources such as oil, coal, and
3、 also caused serious pollution to the environment. Devoting major efforts to developing solar energy has become a priority. Output characteristics of photovoltaic cells with strong nonlinearity, and under the influence of external environmental factors, therefore, how to effectively use, improve ene
4、rgy efficiency, an urgent need to address the problems in the utilization of solar energy. This article by power electronics and control technology to achieve maximum power point tracking for photovoltaic power generation (MPPT), maximum power point tracking with conductance increment method in this
5、 article. Photovoltaic power generation systems for the study, main goal is to maximize solar, photovoltaic power generation system of theoretical and experimental research on efficiency optimization. This article has to be based on simulation experiment of PSCAD. Experiment results show that the go
6、od implementation of the simulation of solar cells, as well as in the case of solar energy input light intensity changes, can be a very good maximum power point tracking solar.Key words: controller, photovoltaic cell; maximum power point tracking; conductance increment method; PSCAD simulation毕业设计（论
7、文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供
8、目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印
9、件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录1 绪论.11.1 课题研究的背景. 11.2 课题研究的意义.41.3 课题研究的内容.62 光伏电池的原理及其特征.62.1 光伏电池的基本工作原理.62.2 光伏电池的基本特性.73 光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT）控制.103.1 MPPT 算法的原理.103.2 现代最大功率点跟踪方法. 113.3 MPPT 控制方案设计. 193.4
10、 有关 PWM 的介绍.224 仿真实验.224.1 PSCAD 仿真软件介绍.224.2 基于 PSCAD 的光伏阵列 MPPT 的仿真.245 总结.35参考文献.36致谢.371绪 论1.1课题研究的背景 目前世界上的能源消耗几乎全靠“初级能源“或“常规能源“来供应，它包括：煤炭、石油、天然气和核裂变等。由于地球上的初级能源的资源有限、矿产开采费用越来越高、人类能源需求激增的趋势以及环境污染严重等原因，以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将愈来愈不适应可持续发展的需要。所以新能源和可再生能源既是近期急需的补充能源，又是将来能源结构的基础。在能源领域中，加速开发利用以太阳能为主体的
11、可再生能源已成为人们的共识。近年来，国际上太阳能光伏发电技术在许多方面取得突破。太阳能电池性能和可靠性有了很大提高，成本和售价不断下降，有经济效益的应用范围不断扩大，市场迅速发展，产业已达到规模化、自动化阶段。光伏发电的竞争力越来越强。预计不久就可以成为火力发电的主要竞争者，前景十分广阔。 1.1.1 能源及环境污染问题 能源是社会经济和人民生活的主要物质基础，对于社会经济的发展和人民生活水平的提高极为重要。然而，随着人类对能源需求的日益增加，化石能源的储量正日趋枯竭。全世界对能源的消耗在 1970 年约为 83 亿吨标准煤，而在 1995 年，这种消耗达到了 140 亿吨标准煤，即 25 年
12、间增长了 697，并预计，到 2020 年全世界对能源的消耗会达到 195 亿吨标准煤。根据公认的估算，如果人类对能源的需求以目前的速度增长，全世界的石油将在今后 40 年间被耗尽，而天然气和煤也最多分别能维持 60 年和 200 年左右。在我国，这一情况也不容乐观，据官方统计，仅在 2004 年一年，我国就进口原油约 15 亿吨。按目前的消耗速度，我国的现有能源储量至多可以使用 50 年。可见，矿物燃料并不是取之不尽的。 同时，化石能源在开采、运输和使用过程中都会对空气和人类生存环境造成严重的污染。根据相关资料显示，目前，大量使用化石燃料己经为人类生存环境带来了污染，由于大量使用化石能源，全
13、世界每天产生约 1 亿吨温室效应气体，使得地球表面气温逐年升高口近若干年来全球 排放量迅速增长，如果不加控制，温室效应将使南、北两极的冰山融化，这可能会使四分之一的人类生活空间将由此受到极大威胁。 因此，环境污染问题成为人们普遍关注的焦点。环境污染对人类 以及其他生物的生存和发展会产生不利影响。例如，由于化石燃料的燃烧，大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高，危及人类和其他生物的身体健康，同时还会腐蚀材料，给人类社会造成损失；工业废水和生活污水的排放，危及水生生物的生存，给生态系统造成直接的破坏和影响。除此之外，污染物的积累和迁移转化还会引起多种衍生的环境效应，给生态系统和人类社会造成间接的危害，有
14、时这种间接的环境效应的危害比直接危害更大，更难消除。环境污染所带来的最直接、最容易被人们所感受的后果就是使人类环境的质量下降，影响人类的生活质量、身体健康和生产活动。严重的环境污染还会造成社会问题。随着污染的加剧和人们环境意识的提高，由污染引起的人群纠纷和冲突曰益增加。随着经济和贸易的全球化，环境污染也日益呈现国际化趋势，近年来出现的危险废物越境转移问题就是这方面的突出表现。 1.1.2 太阳能及光伏发电的特点与优势 太阳能可以不分地域地辐射到地球的每一个角落，从而成为二十一世纪最具大规模开发潜力的新能源之一。太阳是个巨大的能源，地球上绝大部分能源归根究底是来自太阳的。煤炭，石油都是古时候由动
15、物或植物存储下来的太阳能。太阳每秒钟发出的能量有 3865XJ ，相当于每秒钟燃烧 132Xt 标准煤所发出的能量。全世界人们一年所用的各种能量之和也只有到达地球表面的太阳能的数万分之一。太阳能作为一种巨量可再生能源，利用太阳能的潜力是十分巨大的。 和常规能源相比较，太阳能资源具有如下 5 个优越性：(1)取之不尽，用之不竭 太阳内部由于氢核的聚变热核反应，从而释放出巨大的光和热， 这就是太阳能的来源。根据氢核聚变的反应理论计算，如果太阳象目前这样，稳定地每秒钟向其周围空间发射 3286j 的辐射能，在氢核聚变产能区中，氢核稳定燃烧的时间，可在 60 亿年以上。也就是说太阳能至少还可象现在这样
16、有 60亿年可以稳定地被利用。 (2)就地可取，不需运输 矿物能源中的煤炭和石油资源在地理分布上的不均匀，以及全世界工业布局的不均衡造成了煤炭和石油运输的不均衡。这些矿物能源必须经过开采后长途运送，才能到达目的地，给交通运输造成压力。 (3)分布广泛，分散使用 太阳能年辐射总量一般大于 504 kJ ，就有实际利用价值，若每年辐射量大于 63 kJ ，则为利用较高的地区。世界上约有二分之一的地区可以达到这个数值。虽然太阳能分布也具有一定的局限性，但与矿物能、水能和地热能等相比仍可视为分布较广的一种能源，称得上具有分布较广、到处都有的优点。 (4)不污染环境，不破坏生态 人类在利用矿物燃料的过程中，必然释放出大量有害物质，如 、等，使人类赖以生存的环境受到了破坏和污染。此外，其他新能源中水电、核能、地热能等，在开发利用的过程中，也都存在着一些不能忽视的环境问题。但太阳能在利用中不会给空气带来污染，也不破坏生态，是一种清洁安全的能源。 (5)周而复始，可以再生
