光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究新能源技術課程設計預習報告

ID:164369 · 發(fā)表于 2017-2-12 21:05

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新能源技術課程設計預習報告

姓名：

專業(yè)：

指導教師：

輔助教師：

完成日期：

一、實驗目的

（1）檢索資料，了解光伏發(fā)電技術的發(fā)展狀況以及光伏發(fā)電原理；

（2）掌握光伏電池模型的建立方法，分析、設計仿真模型，并利用 MATLAB 進行仿真實現(xiàn)；

（3）掌握光伏電池的測試方法，選擇適合的測量器件與量程，驗證光伏陣列模擬方法的正確性；

（4）分析離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成，選擇合適的電力變換器拓撲結構并進行原理分析、參數(shù)計算；

（5）查閱相關文獻資料，確定系統(tǒng) MPPT 控制策略，建立 MPPT 模塊仿真模型，并仿真分析；

（6）掌握系統(tǒng)聯(lián)調的方法，調整控制參數(shù)。

實驗儀器設備與器件

太陽能電池板 1 塊

萬用表 2 個

太陽能功率表 TENMARS TM-207

滑動變阻器（100歐姆，200 瓦）1 個

計算機 1 臺

系統(tǒng)仿真軟件matlab

實驗原理分析

光伏發(fā)電原理及系統(tǒng)框圖

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并網(wǎng)發(fā)電,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件,所以,光伏發(fā)電設備極為精煉,可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護簡便。理論上講,光伏發(fā)電技術可以用于任何需要電源的場合,上至航天器,下至家用電源,大到兆瓦級電站,小到玩具,光伏電源無處不在。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片），有電池用于一些小系統(tǒng)和計算器輔助電源等。

系統(tǒng)框單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶圖結構，如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖結構

光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和工作原理：

太陽能是一種輻射能，它必須借助一定的能量轉換器才能變換成電能，這個把太陽能轉換為電能的半導體能量轉換器，就叫做光伏電池。光伏電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，其光電轉換效率和成本對光伏發(fā)電的發(fā)展具有決定性的影響。

（1）光伏電池的工作原理

光伏電池是利用半導體材料的光生伏打效應制成的。所謂光生伏打效應，簡單的說，就是當物體受到太陽輻射時時，其體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應。半導體材料將光能轉換為電能的效率特別高，因此光伏電池多為半導體材料制成。半導體光伏電池的發(fā)電過程可概括為如下四個過程：收集太陽光使之照射到光伏電池表面；光伏電池吸收具有一定能量的光子，激發(fā)出非平衡載流子——電子空穴對；這些電性符號相反的光生載流子在光伏電池 P-N 結內建電廠的作用下，電子-空穴對被分離，在 P-N 結兩邊產(chǎn)生異性電荷的積累，從而產(chǎn)生電動勢，形成光生電壓；在光伏電池 P-N 結的兩側引出正負電極，并接上負載，則在外電路中即有光生電流通過，從而獲得功率輸出，這樣光伏電池就把太陽能直接轉換成了電能。發(fā)展至今，光伏電池的種類已特別繁多，根據(jù)制作材料的不同可將光伏電池分為硅光伏電池、有機半導體光伏電池、化合物半導體光伏電池和薄膜光伏電池。

（2）光伏電池的等效電路及數(shù)學模型

圖 2 光伏電池等效電路

由光伏電池的等效電路可得：

（1）

對于Id有：

（2）

式中， Io 為光伏電池的反向飽和漏電流； q 為單個電子所含電荷量

（

）；K 為波爾茲曼常數(shù)（

）；A為光伏電池的二極管理想因子（ A =1～5），用來決定其與理想 P-N 結半導體間的差異；T 為光伏電池的溫度（以絕對溫度表示）。

對于Ish有：

（3）

所以光伏電池的輸出電流I為：

（4）

通常情況下，式 1-4 中的V IRs

Rsh項遠遠小于光伏電池輸出電流，因此該項可以忽略。由一片硅片構成的光伏電池稱為單體；多個光伏電池單體組成的構件稱為光伏模塊；多個光伏模塊構成的大型裝置稱為光伏陣列。單體產(chǎn)生的電壓和電流很小，在實際應用中，通常使用光伏陣列來得到期望的電壓和電流，它體現(xiàn)出來的特性與光伏電池特性類似，則光伏陣列輸出電流為：

（5）

式中， N p 和 Ns 分別為光伏陣列中光伏電池的并聯(lián)和串聯(lián)個數(shù)。

實際應用中考慮到光伏電池的光照強度和電池結溫的變化，根據(jù)光伏電池的工作原理可得：

(6）

(7)

上面的公式中，

為標準測試條件下（光照強度

=1000W/

,電池結溫

=298K,太陽輻射光譜AM=1.5)所測得的光伏陣列短路電流，即光伏陣列兩端處于短路狀態(tài)時的電流，α為光伏陣列短路電流溫度系數(shù)，

為光伏陣列的開路電壓，即光伏陣列電路將負荷斷開時所測出的光伏陣列兩端的電壓，

為標準測試條件下所測得的光伏陣列開路電壓，β為光伏陣列開路電壓溫度系數(shù)，S為光伏陣列的光照強度。

當光伏陣列處于開路狀態(tài)時有I=0,V=

,帶入式1-5得：

（8）

當光伏電池工作在最大功率點時，根據(jù)式1-5可得：

（9）

其中，Im為峰值電流，即光伏陣列中輸出最大功率時對應的電流，Vm為峰值電壓，即光伏陣列輸出最大功率時對應的電壓。

（3）光伏電池的基本特性

光伏電池的基本特性包括光伏電池的輸出特性、照度特性和溫度特性，光伏電池的輸出特性即I-V特性是指光伏電池在某一確定的日照強度和環(huán)境溫度下，輸出電壓與輸出電流之間的關系，通常用I-V和P-V特性曲線來描述。

(a) I-V曲線 (b) P-V曲線

圖3 光伏電池的輸出特性

由查閱資料和上圖可知，光伏電池的輸出特性是非線性的，而且受環(huán)境溫度與光照強度的影響，在其他條件一定時，光伏電池周圍環(huán)境溫度的升高將使光伏電池的開路電壓

下降，短路電流

輕微增加，從而導致光伏電池的輸出功率下降。光伏電池的溫度特性一般用光伏電池的溫度系數(shù)表示，溫度系數(shù)越小，說明光伏電池的輸出隨溫度的變化越緩慢。在其他條件一定時，光伏電池表面光照強度的增加將使光伏電池的短路電流增加，開路電壓也略微增加，從而導致光伏電池的輸出功率增加。

電力變換電路的拓撲結構、工作原理
（1）電力變換電路拓撲結構

電路結構是整個系統(tǒng)的關鍵部分，它關系著系統(tǒng)的效率和成本。光伏離網(wǎng)控制系統(tǒng)電路結構要求效率高、成本低，輸入要能承受光伏陣列輸出直流電的電壓低且波動大的不良影響，輸出也要滿足一定的電能質量，應根據(jù)實際的需要選擇適當?shù)闹麟娐方Y構進行系統(tǒng)設計。光伏發(fā)電系統(tǒng)實際上是一個有源逆變系統(tǒng)，按照不同的分類方向，有多種不同的電路結構。按輸入直流電源的性質可分為電流型和電壓型兩大類，但由于電流源型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的大電感導致系統(tǒng)動態(tài)響應性能差，因此目前國內外大部分光伏發(fā)電系統(tǒng)都采用電壓型拓撲結構。

光伏發(fā)電系統(tǒng)電路結構按照系統(tǒng)功率變換的級數(shù)，其拓撲結構可分為單極式和多級式。單極式結構不包含DC-DC變換環(huán)節(jié)，只用一級能量變換來完成升降壓和DC-AC轉換，控制時既要考慮光伏電池的最大功率跟蹤，又要保證逆變輸出能量準確的跟蹤電網(wǎng)電壓，其控制方式一般較為復雜。單極式逆變器的電路結構簡單元器件少，成本和功耗較低，但考慮到單極式升壓的程度有限，靠電感的儲能實現(xiàn)，故僅適用于中小功率的場合。

多級式結構是在前一級或幾級電路中實現(xiàn)電壓的升降或者隔離，在后級電路中實現(xiàn)DC-AC轉換，最常見的是DC-DC-AC兩級式的結構，前級DC-DC用于直流母線電壓的緩沖穩(wěn)壓和實現(xiàn)光伏陣列的最大功率跟蹤，后級DC-AC用于輸出離網(wǎng)，孤島效應檢測和功率補償?shù)取ｋm然兩級式結構的元階數(shù)目和環(huán)節(jié)增加了，但其一方面方便了最大功率跟蹤控制，實現(xiàn)了電壓的寬輸入范圍要求，另一方面也便于對逆變器進行控制，提高了轉換的效率。所以我最終選擇兩級式的結構。結構如下圖4：

圖4 多級式拓撲結構

光伏發(fā)電系統(tǒng)電路結構按照系統(tǒng)輸出的絕緣形式可以分為工頻變壓器型、高頻變壓器型和無變壓器型。3種類型的結構各有優(yōu)缺點考慮到實驗的經(jīng)濟性、電路的復雜性以及損耗等問題，我決定選用無變壓器型。無變壓器型隔離方式進一步降低了成本，由于含有升壓電路，所以可以和不同的輸出電壓的光伏陣列匹配，同樣能夠保證逆變部分輸入電壓的穩(wěn)定性，降低電流，減少損耗。其拓撲結構如下圖5：

圖5 無變壓器型的拓撲結構

（2）電力變換線路的工作原理：

DC-DC變換器

DC-DC變換器選用的是無變壓器隔離的DC-DC變換器，它主要有：Buck電路、Boost電路、Buck-Boost電路、Cuk電路、Sepic電路和Zeta電路等。其中的Sepic電路和Zeta電路較其他幾種變換電路相對復雜，不易控制。光伏發(fā)電中使用最多的是Buck電路、Boost電路、Buck-Boost電路、Cuk電路這4種電路。本設計的光伏發(fā)電系統(tǒng)不含有蓄電池組，我決定使用Boost電路，Boost電路結構簡單，控制方便，效率高，其電路結構如圖6：

e

圖6 Boost電路結構

可以得到輸出電壓與電源電壓的關系為：

DC-AC變換器

DC-AC變換器主要有推挽式、半橋式、和全橋式，推挽式拓撲結構的兩個功率管可同時驅動，但功率管承受開光電壓為兩倍的直流電壓，因此適合應用于直流母線電壓較低的場合。半橋式拓撲結構直流側電壓利用率低，在同樣的開關頻率下電網(wǎng)電流的諧波較大。全橋式拓撲結構簡單，但要求較高的直流側電壓。我本次設計采用全橋式電路結構進行逆變控制，與最大功率跟蹤分級控制，降低系統(tǒng)控制的復雜性。全橋式電路結構如圖7：

圖7 全橋式電路結構

考慮到電網(wǎng)對電能質量的要求，系統(tǒng)后級加入LC濾波對輸出電壓進行濾波，整個系統(tǒng)的電路結構如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)主電路圖

（4）Boost升壓電路各部件的參數(shù)值

Boost升壓電感參數(shù)的設計

對于一般的變換器來說，由于電感和電容寄生電阻的影響，隨負載電流增加，輸出電壓會下降，輸出電壓對占空比

的敏感度下降，控制特性變差。為了輸出電壓的穩(wěn)定，控制電路盡量增大占空比，使電壓增益變大以便于維持輸出電壓的恒定。因此，設計中選擇濾波元件總是盡量選取小的寄生電阻元件，且實際應用中，是占空比調節(jié)

。

為了使光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠不間斷的往外輸出功率，前級的Boost升壓斬波電路應該工作在電感足夠大電流連續(xù)的模式下。根據(jù)伏秒平衡的定理，電感電壓在開關管的一個周期內對時間的積分為零。即如式10所示：

（10）

其中：

是太陽能電池陣列的輸出電壓，

是直流母線DC-link的電壓，也即Boost電路的輸出電壓，

是開關管的開關周期，

是Boost電路開關管的占空比，

是開關管的導通時間

，

是開關管的截止時間。

整理可得：

（11）

本系統(tǒng)中，太陽能電池板陣列輸入電壓是60V，直流母線電壓

范圍是250V～300V，由上式（11）可得：

，

所以本系統(tǒng)中boost升壓斬波電路中占空比的范圍是0.76～0.8。

由于電感一直處于充電、放電過程，而且充放電過程都是曲線的，所以電感電流不是一個直流分量，還存在紋波量，其中紋波分量由電感兩端的電壓：

（12）

可得流過電感的電流變化量：

（13）

電感電流的紋波系數(shù)的定義：

。

有以上各式可得電感的大小：

（14）

其中

為輸出功率。電流紋波系數(shù)的選取

，需要考慮電感的飽和問題、減少IGBT中的峰值電流及電壓損耗問題，這里取電流紋波系數(shù)

。開關頻率的選取時，應該綜合考慮。工作頻率過高，則輸出波形諧波含量少，有利于濾波器的設計。但工作頻率過高則功率開關管的發(fā)熱和和損耗都會增加。本系統(tǒng)選用開關管的頻率為

，當

時，有：

（15）

所以選取

。

直流母線穩(wěn)壓電容參數(shù)的設計

升壓斬波電路輸出端電容的作用：①給直流母線穩(wěn)壓②盡可能的濾除紋波電壓。由電容兩端電流的變化量：

（16）

電容兩端電壓的變化量：

（17）

上下同乘

得：

（18）

電容電壓的紋波系數(shù)

。

所以電容值的大小為：

（19）

其中

，

代入上式（19）得：

（20）

在實際的系統(tǒng)設計中，當開關管給電感充電時，后級逆變部分所需要的能量是由電容提供的，所以給設計的電容留下充足的裕量，所以給電容留一定的5倍以上的容量，本文采用

的電容。

開關管的參數(shù)選擇

IGBT結合了GTR和MOSFET的優(yōu)點，所以Boost升壓斬波電路中選用IGBT作為開關管。其承受的最大電壓為300V。本設計最終采用的IGBT其主要參數(shù)為：900V。

升壓電路二極管的選擇

Boost升壓斬波電路中的續(xù)流兼有防反作用的二極管應該具有較低的通太電壓降和快速恢復的特性。二極管承受的最大電壓是300V，所以選用的二極管主要參數(shù)為900V。

（5） DC-AC（逆變）部分的參數(shù)

IGBT開關管的選擇

逆變器的功率開關器件的選擇至關重要，目前使用較多的功率開關器件有門極可關斷晶閘管(GTO)，雙極結型晶體管(BJT)，金屬氧化物功率場效應管(MOSFET)和絕緣柵極晶體管(IGBT)等。在低壓小容量系統(tǒng)中較常使用的器件為MOSFET，因為MOSFET具有較高的開關頻率和較低的通態(tài)壓降，以及正的溫度系數(shù)，熱穩(wěn)定性較好。但在逆變器的設計中，由于輸出濾波電感電容的作用，使續(xù)流時間較長，容易燒壞MOSFET。

在高壓大容量系統(tǒng)中一般常使用IGBT模塊，由于MOSFET隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而IGBT在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢，而在特大容量(100kVA以上)系統(tǒng)中，一般采用GTO作為功率開關元件。隨著光伏并網(wǎng)并網(wǎng)技術的發(fā)展，主電路開關器件的選擇也需要具體考慮與研究。因此，針對本設計逆變系統(tǒng)的特點，選用IGBT作為開關器件。它是復合型功率開關器件，是GTR和MOSFET復合而成。它擁有單極性電壓驅動MOSFET的優(yōu)點，又結合了雙極型GTR耐壓高、大電流的優(yōu)點。在IGBT選擇中，需要注意以下幾個方面的問題：

電流容量：在IGBT工作過程中，集電極峰值電流

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必須要處于IGBT開關安全工作區(qū)以內。

2.電壓容量，在IGBT開關過程中，最大集射極電壓

不能超過器件的最

高耐壓值，否則器件將會被過壓擊穿而損壞。

3.散熱要求：在IGBT開關過程中，會產(chǎn)生大量的開關損耗而使器件發(fā)熱，因此，在選擇器件時必須綜合考慮系統(tǒng)的散熱條件——最大集電極功耗

。

分別從以上幾方面考慮，在本系統(tǒng)中，IGBT的最大集射極電壓為直流電壓300V左右，考慮到器件開關過程中有電壓尖峰的影響，選取一定的電壓裕量（一般選為2～3倍）。在電流方面，為了保證系統(tǒng)的工作安全，對開關管電流也要選取較大的裕量；逆變器的開關頻率為10kHz，在散熱方面，為了保證開關管的充分散熱，采用了將IGBT固定在散熱器上的措施。綜上所述，本設計最終采其主要參數(shù)為：900V。

交流測輸出濾波電感的設計

在單相全橋逆變器中，逆變器輸出濾波電感的設計是一個關鍵的元器件，光伏離網(wǎng)系統(tǒng)要求逆變器輸出側的波形為正弦波。所以，電感值選取的是否合適直接影響電路的整體工作性能。我們可以從以下幾個方面來選取電感值：

電流的紋波系數(shù)

逆變器輸出的濾波電感的值將直接影響輸出紋波電流的大小，通過電感基本的伏安關系

可得：

（21）

其中

為電感的電壓，當輸出電壓在峰值附近即

時，輸出電流的紋波系數(shù)最大，設此時開關管的開關周期為Ts，占空比為

，則有：

（22）

另外根據(jù)電感的伏秒特性平衡原理，可得：

（23）

于是可得占空比：

（24）

有以上各式可得：

（25）

進一步化簡可得：

即

（26）

在逆變系統(tǒng)中，由于

所以開關管的工作頻率為f=10kHz，T=100us，取電流的紋波系數(shù)為

16%，則由式（4.17）計算可得：

（27）

因此，要保證實際的電流紋波

，所以取電感取值范圍為

。

逆變器的矢量三角形關系

從逆變器的矢量三角形關系可以得出：

（28）

于是可得它們的基波幅值滿足下面公式：

（29）

由SPWM正弦脈寬調制理論可以得到

。其中，m為調制比，且

，從而可得：

（30）

進一步對上式（30）化簡得：

（31）

把數(shù)值代入式（31）計算可得：

（32）

綜合計算，濾波電感的取值范圍為

。在實際電感設計過程中，由于電感的成本、體積等因素的影響，一般只考慮取電感的下限值即可。以上計算建立在額定的輸出電壓基礎上，即UN=220V基礎上，最終選取電感值

。

交流測輸出濾波電容的設計

由于電感和電容一起構成LC式的阻高頻通低頻的低通濾波器，有效的抑制了高次諧波，同時又要遠大于基波的頻率，避免輸出電流發(fā)生畸變，一般取電流的基波頻率為10～20倍的基波頻率，本文取13倍的基波頻率進行分析。

由

得：

（33）

其中基波頻率取為50Hz，把電感值帶入上式（4.24）可以求出電容值為

，最后選取電容值為

。

MPPT控制策略

在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池是最基本的環(huán)節(jié)，若要提高整個系統(tǒng)的效率必須要提高光伏電池的轉換效率，使其最大限度地輸出功率。然而，光伏電池的I-V特性是非線性的，它隨著外界環(huán)（溫度、光照強度）的變化而變化，它的工作電壓改變時它的輸出功率也會改變，為了始終能獲得最大的輸出功率，所以需要進行最大功率點跟蹤。

目前，對最大功率點跟蹤方法的研究很多，很多文獻都提出了不同的MPPT方法，例如恒電壓跟蹤方法、干擾觀察法、增量電導法等，但是應用最為廣泛的是干擾觀察法和增量電導法。增量電導法有傳統(tǒng)的還有改進型的，為了實現(xiàn)更加精確的控制，本次設計使用的是改進型電導增量法，下文做了傳統(tǒng)型與改進型的區(qū)別介紹。

（1）傳統(tǒng)的電導增量法

傳統(tǒng)的增量電導法則是根據(jù)光伏陣列P-U曲線為一條一階連續(xù)可導的單峰曲線的特點，利用一階導數(shù)求極值的方法，即對P=UI求全導數(shù)，可得

（34)

兩邊同時除以Ud，可得

 （35）

令

得

（36）

式36即為達到光伏陣列最大功率點所需滿足的條件。這種方法是通過比較輸出電導的變化量和瞬時電導值的大小來決定參考電壓變化的方向，下面就幾種情況加以分析：

假設當前的光伏陣列的工作點位于最大功率點的左側時，此時有

即

，說明參考電壓應向著增大的方向變化。

同理，假設當前的光伏陣列的工作點位于最大功率點的右側時，此

即

，說明參考電壓應向著減小的方向變化。

假設當前光伏陣列的工作點位于最大功率點處(附近)，此時將有

，此時參考電壓將保持不變，也即光伏陣列工作在最大功率點上。

圖9電導增量法控制電路

電導增量法控制流程圖如圖9所示，圖中，

、

為檢測到光伏陣列當前電壓、電流值，

、

為上一控制周期的采樣值。理論上這種方法比干擾觀察法好，因為它在下一時刻的變化方向完全取決于在該時刻的電導的變化率和瞬時負電導值的大小關系，而與前一時刻的工作點電壓以及功率的大小無關，因而能夠適應日照強度的快速變化，其控制精度較高但是由于其中

和

的量值很小，這樣就要求傳感器的精度很高，實現(xiàn)起來相對比較困難。

改進型電導增量法

傳統(tǒng)的電導增量法采用的是固定步長，當步長選擇較大時，對光照變化跟蹤速度快，但振蕩比較嚴重，導致穩(wěn)態(tài)誤差較大，無法滿足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)要求；當步長選擇較小時，振蕩現(xiàn)象有所減弱，但對光照變化的跟蹤速度變慢，無法滿足系統(tǒng)的動態(tài)要求。同時傳統(tǒng)點到增量法含有復雜的除法計算，這對于數(shù)字處理器的實時處理影響較大，影響到了執(zhí)行的效率和正確性。

鑒于固定步長的缺陷，在此采用變步長方式，且取步長為K

,其中K為固定系數(shù)。變步長的電導增量法原理是：當實際工作點離最大功率點較遠時，斜率較大，系統(tǒng)跟蹤的步長較大；反之，則斜率較小，系統(tǒng)跟蹤的步長較小，這樣就可以解決固定步長帶來的問題。

為了去除除法運算，可以對式4-2進行處理，兩邊同時除以I，可以得到：

(37)

首先判斷式37中dV的符號，進而判斷

的符號，最后通過判斷

的決定輸出電壓參考值應該增加、減小還是保持不變。其流程圖如圖12所示。通過結合固定電壓法，首先采樣當前光伏陣列開路電壓值

，由于光伏陣列MPPT處的電壓為開路電壓的0.78倍，因此系統(tǒng)將0.78作為初始基準值，控制輸出電壓移動到MPP電壓附近，然后啟動變步長電導增量法，實現(xiàn)精確的MPPT控制。

圖10 改進型電導增量法

數(shù)據(jù)處理軟件

本次設計數(shù)據(jù)處理軟件是MATLAB軟件，MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。

隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。

MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而且經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C++ 。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。

本次設計需要用matlab軟件來對光伏電池的數(shù)學模型進行建模仿真，測定其參數(shù)，還有光伏電池輸出特性的仿真。

實驗步驟設計

搭建光伏電池數(shù)學模型

利用matlab仿真軟件，根據(jù)光伏電池的等效電路圖圖2，以及光伏電池的數(shù)學模型，搭建光伏電池的仿真數(shù)學模型。

測試不同光照強度下、不同溫度下光伏電池的輸出特性曲線：

改變T的值，可得到不同的輸出特性曲線，比較這些不同的曲線特性，同理，保證其他參數(shù)不變，改變光照強度G=750，比較這些不同的特性曲線。

3．光伏發(fā)電輸出特性測試

測試接線圖如圖11

圖11 輸出特性接線圖

本次實驗用二個萬用表來測電流和電壓，本次實驗還需測量光照強度，可用光強檢測器測量，根據(jù)下表，多測幾組數(shù)據(jù)填入下表一和表二:

表一實驗測量的數(shù)據(jù)

[table=0]

T=________________ S=________________

I(A)

U(V)

P(W)

表二實驗測量的數(shù)據(jù)

	T=________________ S=_________________
I(A)
U(V)
P(W)

根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)，可畫出I-V曲線和P-V曲線：

建立離網(wǎng)型光伏系統(tǒng)建模模型。
按分塊調試和系統(tǒng)聯(lián)調順序，依次調試分析仿真各模塊功能，調節(jié)離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的電路和控制參數(shù)值，仿真并分析最大功率跟蹤控制效果。

五、思考題

1.太陽能電池防止熱斑現(xiàn)象的辦法？

答:（1）電池生產(chǎn)線采用72片一包的包裝，避免組件生產(chǎn)線再次數(shù)片帶來的混

片

（2）電池生產(chǎn)線先外觀檢驗，后測試分選，防止測試分選后再外觀檢驗造

成混片

（3）組件生產(chǎn)時用整包的電池片，不用散包，防止混片

（4）組件補片原則，一定要補同一檔次的電池，（正在準備試75片一包的

試驗）

（5）焊接前檢查隱裂片

（6）焊串模板定期檢查，防止互連條脫焊

（7）嚴格檢查異物

（8）加強虛焊檢查，防止虛焊

（9）搬運時盡量減少玻璃彎曲

（10）大組件采用4毫米玻璃，以減少彎曲，增加強度

（11）搬運周轉車改為玻璃垂直放置

（12）不允許＞50℃時裝框

（13）返修時不允許互連條對接

（14）散包電池必須重新分選測試，湊成整包后再做組件

（15）庫存超過一定期限的電池在做組件前應經(jīng)過二次分選測試

（16）測試時，組件一定要在規(guī)定溫度范圍內

（17）給出發(fā)現(xiàn)曲線異常后的處理方法，防止不良組件流到客戶手中

（18）電池先光衰減后再分選測試（正在試驗實施中）

2. 光伏發(fā)電系統(tǒng)中 MPPT 擾動觀察法有啥不足？

答：響應速度較慢，只適用于那些日照強度變化比較緩慢的場合。而且穩(wěn)態(tài)情況下，這種算法會導致光伏陣列的實際工作點在最大功率點附近小幅振蕩，因此會造成一定的功率損失；而日照發(fā)生快速變化時，跟蹤算法可能會失效，判斷得到錯誤的跟蹤方向。

參考文獻：

[1]劉棟.離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的研制[D]. 廣州：華南理工大學，2011

[2]閔江威.光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤控制技術研究[D]. 武漢：華中科技大學,2006

[3]Liu X,Lopes L A C.An improved perturbation and observation maximum power point tracking algorithm for PV arrays. Power Electronics Specialists Conference, 2004.

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光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究 新能源技術課程設計預習報告

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