1、樂 山 職 業 技 術 學 院畢 業 論 文 （2013屆）題 目光伏并網系統的最大功率點跟蹤控制器的設計系 部 新能源工程系 專 業光伏材料加工與應用技術班 級普專光伏10-1班學 號201001320129姓 名鄭安全指導教師盧秉偉3012年 4月 17 日目 錄摘要3引言41、 光 伏 電 池 特 性 的 研 究 與 測 量7 1.1光 伏 電 池 的 工 作 原 理 1.2光伏電池輸出特性的測量 1.3 本 章 小 結2、 DC DC變 換 器 相 關 技 術 的 闡 述92.1DCDC轉換器基本拓撲2.2最大功率跟蹤系統的動態建模 2.3本 章 小 結3、 最 大 功 率 跟 蹤 器

2、 的 硬 件 設 計12 3.1控 制 器 硬 件 組 成 3.2最大功率跟蹤的簡易驗證 3.3實 驗 結 果 分 析4、 總 結 和 展 望14 4.1總 結 4.2展 望謝辭16參考文獻16【摘要】光 伏發 電 作 為 一種 清 潔 的 可 再 生 能 源 利 用 方 式 已 經 在 國 內 外 得 到 了 廣 泛 的 應 用 ， 其 中 光 伏 并 網作 為 一 種 新 的 電 網 供 電 的 來 源 也 越 來 越 受 到 重 視 了 。 在 未 來 ， 光 伏 并 網 發 電 將 得 到 良 好 的 發 展 和 應用 ， 所 以 ， 研 究 光 伏 電 池 的 工 作 原 理 和 輸

3、 出 電 氣 特 性 ， 以 及 在 此 基 礎 上 研 究 如 何 提 高 光 伏 電 池 最 大功 率 輸 出 無 疑 具 有 很 重 要 現 實 意 義 。本 課 題 的 主 要 工 作 重 點 有 兩 個 方 面 ：一 是 光 伏 電 池 工 作 原 理 和 輸 出 電 氣 特 性 的 理 論 分 析 和 相 關實 際 測 量 。 二 是 就 如 何 實 現 光 伏 電 池 的 最 大 功 率 跟 蹤 進 行 了 軟 硬 件 平 臺 上 仿 真 和 設 計 。具 體 內 容可以分為：第一章，介紹光 伏 電 池 的 工 作 原 理 ，光伏電池輸出特性的測量 第二章，主要對DC DC變 換

4、 器 相 關 技 術 的 闡 述，DCDC轉換器基本 拓撲和最大功率跟蹤系統的動態建模第三章，最 大 功 率 跟 蹤 器 的 硬 件 設 計，通過控 制 器 硬 件 組 成介紹和一個最大功率跟蹤的簡易驗證。最后綜合分析得出重點研究了Dl二DC變換器的動態建模方法平均開關模型法，最后針對最大 功 率 跟 蹤 器 區 別 于 傳 統 Dc， DC變 換 器 應 用 的 特 點 進 行 了 動 態 建 模 ， 并 進 行 了 理 論 的分析。在 設 計 實 際 最 大 功 率 跟 蹤 器 前 ， 軟 件 平 臺 仿 真 最 大 功 率 跟 蹤 器 的 工 作 效 果 是 非 常 必 要 ，也是改善現

5、有跟蹤系統的方向，在論文的最后并對未來的工作提出展望。【 關 鍵 詞 】光伏電池 并網 DcDC變換器 平均開關模型最大功率引言人 類 社 會 已 迸 入 2l世 紀 !在 新 千 年 開 始 之 際 ， 人 們 正 面 i洛 著 一 系 列 重 大 的 挑 戰 !全 球 經 濟 發 展 ，人 口 迅 速 增 加 ， 需 要 提 供 更 多 的 食 物 、 住 房 和 原 料 ， 因 而 對 能 源 的 需 求 量 也 不 斷 增 加 !在 過 去 20年,中 ， 全 世 界 能 源 消 耗 量 增 加 了 40 ， 作 為 20世 紀 的 世 界 能 源 結 構 中 的 主 要 能 源 部

6、分 一 石 油 、 天 然 氣 、煤 炭 等 不 可 再 生 能 源 已 經 不 能 夠 滿 足 人 類 的 能 源 需 求 ， 能 源 危 機 已 展 現 在 人 類 面 前 。 一 方 面 從 能 源的 可 利 用 量 來 看 ， 在 2l世 紀 初 進 行 的 關 于 世 界 能 源 儲 量 數 據 的 調 查 顯 示 ： 石 油 可 采 量 為 39 9年 ， 天然 氣 可 采 量 為 61年 ， 煤 炭 可 采 量 為 227年 ， 可 見 化 石 能 源 的 可 采 量 已 經 是 屈 指 可 數 了 “ 1， 而 作 為 高 速發 展 的 發 展 中 國 家 ，中 國 的 能 源

7、 資 源 儲 量 更 是 危 機 逼 人 ， 按 2000年 底 的 統 計 ，探 明 經 濟 可 開 發 能 源總 儲 量 占 世 界 總 量 的 10 1 。 我 國 能 源 剩 余 可 開 采 總 儲 量 的 結 構 為 ： 原 煤 58， 8 ， 原 油 占 3 4 ， 天 然氣占13，水資源占365。這些剩余總量的保證程度僅為1297年“，我國各種一次能源的探明剩余 儲 量 (按 儲 采 比 表 示 )與 世 界 的 相 比 較 ， 除 了 太 陽 能 以 外 ， 我 國 各 種 一 次 能 源 資 源 均 低 于 世 界 平均 水 平 ， 我 國 能 源 的 需 求 的 缺 乏 將

8、 嚴 重 制 約 我 國 國 民 經 濟 的 發 展 。 另 一 方 面 從 環 境 角 度 來 看 ， 伴 隨大 量 使 用 礦 物 燃 料 造 成 的 地 球 生 態 環 境 的 破 壞 越 來 越 嚴 重 ， 這 些 礦 物 燃 料 燃 燒 時 要 產 生 大 量 溫 室 氣體 ， 全 球 單 是 c02排 放 量 每 年 就 超 過 500億 噸 。 21， 而 且 還 在 不 斷 擴 大 ， 形 成 的 酸 雨 造 成 土 壤 退 化 ， 危 害動植物，全球氣候變暖，在過去的10睥中，氣候變暖造成了全球平均氣溫上升了O3塒6，全球海平面 平均 上升 了lO25cm。人 們預 計： 如

9、果 不對 溫室 氣體 采取減 排措 施， 從2l世紀 初起 ，全 球平 均氣 溫 每 lO年 將 升 高 O 2 ， 到 2100年 全 球 平 均 氣 溫 將 升 高 13 5 。 而 我 國 的 能 源 開 發 利 用 對 于 環 境 造成 的 污 染 同 樣 非 常 嚴 重 。 我 國 是 世 界 上 少 數 幾 個 能 源 結 構 以 煤 炭 為 主 的 國 家 ， 也 是 世 界 上 最 大 的 煤炭 消 費 國 。 煤 炭 燃 燒 所 產 生 的 溫 室 氣 體 的 排 放 量 比 燃 燒 同 熱 值 的 天 然 氣 高 6， 1 ， 比 燃 油 高 36 。 1999年 中 國

10、排 放 c02居 世 界 第 二 位 ， 2000年 我 國 排 放 S如 居 世 界 第 一 位 ， 甲 烷 、 氧 化 亞 氮 等 溫 室 氣 體 的 排放 量 也 居 世 界 前 列 。 2000年 大 量 的 sO： 和 酸 雨 造 成 的 經 濟 損 失 約 占 中 國 GDP的 2 “ 1。 所 以 ， 為 了 減 少大 氣 污 染 、 保 護 人 類 生 態 環 境 、 保 證 能 源 的 長 期 穩 定 供 應 ， 必 須 實 施 可 持 續 發 展 戰 略 ， 逐 步 改 變 現有 的 能 源 結 構 ， 大 力 開 發 利 用 新 能 源 。 這 已 成 為 各 國 的 共

11、 識 。 從 我 國 目 前 能 源 生 產 及 能 源 消 費 的 實際 狀 況 出 發 ， 發 展 新 能 源 及 高 效 節 能 的 技 術 及 產 品 是 保 證 我 國 可 持 續 發 展 的 重 要 舉 措 。 因 此 ， 大 力 發展 新 能 源 和 可 再 生 能 源 是 我 國 未 來 的 能 源 發 展 戰 略 要 求 。 2005年 2月 28日 ， 第 十 屆 全 國 人 代 表 大 會常 務 委 員 會 第 十 四 次 會 議 通 過 了 中 華 人 民 共 和 國 可 再 生 能 源 法 ， 于 2006年 1月 1日 起 正 式 實 施 。 ，在 新 能 源 中

12、， 太 陽 能 作 為 一 種 分 布 最 為 廣 泛 、 可 自 由 利 用 、 可 長 期 依 賴 的 能 源 形 式 ， 被 公 認 技 術 含量 最 高 、 最 有 發 展 前 途 的 可 再 生 能 源 利 用 ， 而 其 中 太 陽 能 發 電 可 具 體 分 為 太 陽 能 光 發 電 (又 稱 光 伏發 電 )和 太 陽 能 熱 發 電 兩 大 類 。一、 光 伏 電 池 特 性 的 研 究 與 測 量光 伏 發 電 的 應 用 首 先 需 要 解 決 的 是 怎 樣 將 太 陽 能 轉 換 為 電 能 。 而 作 為 光 伏 陣 列 的 最 基 本 組 成 部分 的 光 伏

13、電 池 是 利 用 半 導 體 的 光 伏 效 應 制 成 。 它 是 一 種 能 將 太 陽 輻 射 能 直 接 轉 換 為 電 能 的 轉 換 器 件 。這 些 光 伏 屯 池 經 過 若 干 個 的 封 裝 成 光 伏 電 池 組 件 ， 再 根 據 光 伏 發 電 功 率 的 需 要 將 若 干 個 組 件 組 合 成一 定 功 率 的 光 伏 陣 列 。 光 伏 陣 列 與 儲 能 、 測 量 、 控 制 等 裝 置 相 配 套 ， 從 而 構 成 整 個 光 伏 發 電 系 統 ， 所 以 對 光 伏 電 池 的 基 本 物 理 結 構 和 工 作 原 理 的 研 究 是 如 何

14、更 好 地 利 用 好 光伏 電 池 的 發 電 的 最 根 本 的 基 礎 ， 為 此 ， 本 章 重 點 討 論 了 光 伏 電 池 的 工 作 原 理 及 其 特 性 的 測 量 方 法 。1.1光 伏 電 池 的 工 作 原 理光 伏 電 池 是 以 半 導 體 PN結 上 接 受 太 陽 光 照 產 生 光 生 伏 特 效 應 為 基 礎 ， 直 接 將 光 能 轉 換 成 電 能的 能 量 轉 換 器 件 。 其 工 作 原 理 ” 1是 ： 當 太 陽 光 照 射 到 半 導 體 表 面 ， 半 導 體 內 部 的 N區 和 P區 中 原 子的 價 電 子 受 到 太 陽 光 子

15、 的 沖 擊 ， 通 過 光 輻 射 獲 取 超 過 禁 帶 寬 度 Eg的 能 量 。 脫 離 共 價 鍵 的 束 縛 從 價 帶激 發 到 導 帶 ， 由 此 在 半 導 體 材 料 內 部 產 生 出 很 多 處 于 非 平 衡 狀 態 的 電 子 一 空 穴 對 。 這 些 被 光 激 發 的 電子 和 空 穴 ， 或 自 由 碰 撞 ， 或 在 半 導 體 中 復 合 恢 復 到 平 衡 狀 態 。 其 中 復 合 過 程 對 外 不 呈 現 導 電 作 用 ，屬 于 光 伏 電 池 能 量 自 動 損 耗 部 分 。 一 般 希 望 有 更 多 的 光 激 發 載 流 子 中 的

16、少 數 載 流 子 能 運 動 到 P N結區 ， 通 過 P_N結 對 少 數 載 流 子 的 牽 引 作 用 而 漂 移 到 對 方 區 域 ， 對 外 形 成 與 P-N結 勢 壘 電 場 方 向 相 反的 光 生 電 場 。 一 旦 接 通 外 電 路 ， 即 可 有 電 能 輸 出 。 當 把 眾 多 光 伏 電 池 單 元 通 過 串 并 聯 的 方 式 組 合 在一起，構成光伏電池組件，便可以在太陽能的作用下輸出功率滿足特定場合需求的電能。圖22說明 了 光 伏 電 池 形 成 電 流 的 過 程 。 由 于 靠 近 P-N結 的 光 生 少 數 載 流 子 ， 在 P-N結 的

17、 漂 移 下 ， N區 的 電子 留 在 N區 ， 空 穴 流 向 P區 ； P區 的 空 穴 留 在 P區 ， 電 子 流 向 N區 ， 從 而 構 成 了 光 生 電 場 。 如 果 ，從 外 電 路 看 ， 可 以 看 出 ， P區 為 正 ， N區 為 負 ， 一 旦 接 通 負 載 ， N區 的 電 子 通 過 外 電 路 負 載 流 向 P區形成電子流；電子進入P區后與空穴復合，變回成中性，直到另一個光子再次分離出電子一空穴對為止 。 按 約 定 電 流 的 方 向 與 正 電 荷 的 流 向 相 同 ， 與 負 電 荷 的 流 向 相 反 ， 所 以 ， 電 流 是 從 P區 流

18、 出 ， 通過 負 載 而 從 N區 流 回 電 池 。1.2光伏電池輸出特性的測量由 于 光 伏 電 池 的 工 作 狀 態 受 光 照 強 度 和 環 境 溫 度 的 影 響 ， 所 以 測 試 光 伏 電 池 的 輸 出 特 性 是 測 定它 在 特 定 光 照 和 溫 度 下 的 輸 出 功 率 和 伏 安 特 性 曲 線 ， 具體采用的測試基本電路原理圖如下左 邊 是 待 測 光 伏 電 池 的 等 效 電 路 。 右 邊 是 測 量 電 路 。 測 試 過 程 中 采 用 的 測 試 步 驟 ：當 負 載 電 阻 滑 動 電 阻 器 島 調 到 足 夠 小 時 ， 電 池 輸 出

19、電 壓 很 低 ， 電 流 表 測 出 負 載 凡 上 電 流 即 可認 為 是 短 路 電 流 (k)； 當 負 載 電 阻 R上 調 到 足 夠 大 直 至 斷 路 ， 輸 出 電 流 等 于 O， 此 時 電 壓 表 測 得 的 電壓 即 為 開 路 電 壓 (【 k)； 若 通 過 不 斷 調 節 負 載 電 阻 凡 ， 把 光 伏 電 池 的 輸 出 電 壓 和 電 流 繪 制 下 來 就 可得 到 伏 安 特 性 曲 線 。 為 減 小 溯 試 的 誤 差 ， 在 測 量 時 要 注 意 兩 方 面 的 問 題 ： 一 個 是 電 氣 設 備 方 面 ， 另一 個 是 硬 件 電

20、路 方 面 。 電 氣 方 面 包 括 ： 所 用 照 射 光 源 要 穩 定 ； 電 流 表 內 阻 要 盡 可 能 小 (50 1Q)， 以減 小 在 高 光 能 級 時 測 量 短 路 電 流 的 誤 差 電 壓 表 內 阻 要 盡 可 能 大 ( 10MQ)， 以 減 小 在 低 光 能 級 時測 量 開 路 電 壓 的 誤 差 。 對 于 硬 件 電 路 方 面 主 要 的 問 題 是 導 線 自 身 電 阻 和 各 接 觸 點 的 不 良 接 觸 電 阻 。1.3本 章 小 結l、 理 論 闡 述 了 光 伏 電 池 的 工 作 原 理 ， 從 而 得 出 其 等 效 電 路 圖

21、， 對 等 效 電 路 進 行 了 物 理 概 念 上 的 理 論推 導 ， 從 而 得 出 光 伏 電 池 的 物 理 公 式 ， 就 物 理 公 式 進 行 了 深 入 的 研 究 和 總 結 ， 得 出 關 于 光 伏 電 池 關鍵 的 電 氣 量 短 路 電 路 、 開 路 電 壓 以 及 輸 出 電 氣 量 隨 光 照 強 度 和 環 境 溫 度 變 化 的 規 律 。2、 在 前 面 所 推 導 的 關 于 光 伏 電 池 的 物 理 公 式 的 基 礎 上 。 通 過 Matlab進 行 了 光 伏 電 池 輸 出 特 性 的 圖形 分 析 ， 并 對 光 伏 電 池 效 率 進

22、 行 了 理 論 的 分 析 ， 并 簡 單 介 紹 了 光 伏 電 池 的 負 載 特 性 ， 從 而 得 出 ， 光伏 電 池 存 在 一 個 最 大 功 率 的 工 作 點 狀 態 ， 闡 述 和 介 紹 一 些 對 光 伏 電 池 組 件 進 行 電 氣 測 量 的 方 法 和 工具。3、 實 驗 了 對 實 際 光 伏 電 池 組 件 ST50S100B的 伏 安 特 性 和 串 聯 電 阻 的 測 量 。二、 DC DC變 換 器 相 關 技 術 的 闡 述最 大 功 率 跟 蹤 器 作 為 光 伏 并 網 系 統 的 前 端 能 量 處 理 和 控 制 環 節 其 主 要 采 用

23、 的 主 電 路 結 構 是 采 用的是 現代 的電 力電 子系 統結 構， 而電 力電子 系統 一般 由電 力電 子變 換器 、P刪 調制 器、 驅動 電路 、反 饋控 制 單元 構 成 ，如 圖 3 1所 示。 由 于 光伏 電 池是 屬 于直 流 性 質的 能 源， 所 以， 根 據 電氣 特 性接口 的 一 致 性 ， 最 大 功 率 跟 蹤 器 的 采 用 的 電 力 電 子 系 統 變 換 器 是 Dc仍 c變 換 器 。 所 以 。 本 章 要 著 眼 于闡 述 最 大 功 率 跟 蹤 器 中 的 電 力 電 子 變 換 器 和 控 制 器 的 設 計 相 關 的 技 術 。2.

24、1DCDC轉換器基本拓撲根 據 輸 入 輸 出 電 壓 DC， Dc變 換 器 分 為 四 種 基 本 拓 撲 ： Buck型 (降 壓 型 )、 B00st型 (升 壓 型 )，Buck B00st型 (降 壓 升 壓 型 ，又 稱 反 向 型 )、 Clll【 型 (升 壓 降 壓 型 )。 如 圖 以 上 四 種 是 DC仍 C變 換 器 的 基 本 的 拓 撲 ， 其 他 的 如 全 橋 、 半 橋 、 推 挽 等 拓 撲 是 通 過 加 變 壓 器 隔離，或者通過最基本的串并聯而擴展的，而以上四種基本的拓撲中的Bu出Boost和型euk型就是通過 最 基 本 的 拓 撲 Buck型

25、和 B00st型 串 并 聯 ， 然 后 通 過 電 路 的 簡 化 和 等 效 而 成 的 ，由 于 DC Dc變 換 器 中 包 含 功 率 開 關 器 件 或 二 極 管 等 非 線 性 元 件 ， 因 此 該 變 換 器 屬 于 一 個 非 線性 系 統 。 但 是 當 DC Dc變 換 器 工 作 于 在 某 一 穩 態 工 作 點 附 近 ， 電 路 狀 態 變 量 的 小 信 號 擾 動 量 之 間 的關 系 呈 現 線 性 的 特 性 。 因 此 ， 盡 管 DC仍 C變 換 器 屬 于 非 線 性 電 路 。 但 在 研 究 某 一 穩 態 的 工 作 點 附 近的 動 態

26、特 性 時 ， 我 們 可 以 把 它 當 作 線 性 系 統 來 近 似 ， 而 要 實 現 線 性 系 統 的 近 似 ， 需 要 通 過 狀 態 空 間的 平 均 來 實 現 ， 所 以 ， 我 們 有 必 要 對 狀 態 空 間 平 均 的 概 念 進 行 介 紹 和 分 析 ， 在 此 之 前 有 必 要 介 紹 三個 Dc Dc變 換 器 建 模 和 分 析 的 前 提 假 設 和 條 件 ：l、交流信號的頻率五應遠遠小于開關頻率石，也即低頻假設：觚。2、變 換器的 轉折頻 率石遠 遠小于 開關頻 率后也 稱小 紋 波假設 ：矗礪 。3、 電 路 中 的 各 變 量 的 交 流 分

27、 量 的 幅 值 必 須 遠 遠 低 于 相 應 的 直 流 分 量 ， 也 稱 小 信 號 假 設 。以 上 的 三 個 前 提 假 設 和 條 件 是 下 面 Dc Dc變 換 器 的 建 模 的 前 提 ， 任 何 的 推 導 都 是 基 于 這 三 個 前 提 條件的。2.2最大功率跟蹤系統的動態建模雖然最 大 功 率跟 蹤 系 統所 采 用 的拓 撲 結構 與 傳 統的 基 本 Dc月 )c變換 器 是 一樣 的 ， 并且 一 些 電路拓 撲 工 作 的 分 析 方 法 和 動 態 建 模 的 過 程 和 方 法 是 一 樣 的 ， 但 是 ， 由 于 最 大 功 率 跟 蹤 系 統

28、 的 功 率 源 與傳 統 的 電 壓 源 是 不 一 樣 的 ， 且 利 用 Dt： DC變 換 器 來 實 現 的 功 能 和 控 制 目 標 對 象 不 一 樣 ， 所 以 ， 它 的反 饋 控 制 系 統 的 構 造 是 與 傳 統 的 反 饋 控 制 系 統 是 不 一 樣 ， 為 此 ， 在 分 析 傳 統 的 DC， DC變 換 器 反 饋 控制 系 統 構 造 的 基 礎上 ， 利 用 上 面 所 介 紹 的 Dc Dc變換 器 的 動 態 建 模 的 方 法 ， 宏 觀 上分 析 并 構 造 光 伏發 電 系 統 中 的 最 大 功 率 系 統 的 反 饋 控 制 系 統 。

29、 最 大 功 率 跟 蹤 系 統 與 傳 統 的 電 源 系 統 的 最 根 本 的 區 別是 箕功 率 源的 伏 安 特性 ， 最大 功 率跟 蹤 系 統的 功 率源 的 伏安 特 性 呈現 的 是非 線 性， 麗 傳 統的 功 率源是 線 性 的 ， 雖 然 。 在 一 定 的 太 陽 光 照 強 度 和 環 境 溫 度 下 ， 光 伏 電 池 這 一 功 率 源 的 非 線 性 可 以 作 線 性化 處 理 ， 但 是 ， 由 于 光 伏 電 池 的 工 作 特 性 直 接 受 太 陽 光 照 強 度 和 環 境 溫 度 的 改 變 而 改 變 ， 功 率 源 本身 就 是 一 個 時

30、變 的 非 線 性 器 件 ， 為 此 最 大 功 率 跟 蹤 的 目 標 就 是 要 時 刻 跟 蹤 光 伏 電 池 的 輸 出 功 率 的 ，所以，它的反饋控制系統的被控對象與傳統的是不一樣，其反饋控制系統圖如圖324所示，通過利用 上 述 介 紹 的 平 均 開 關 模 型 的 方 法 對 圖 3 24進 行 動 態 建 模 ， 為 了 得 到 系 統 的 傳 遞 函 數 ， 則 建 立 的 開環 最 大 功 率 跟 蹤 系 統 的 穩 態 模 型 和 低 頻 小 信 號電路模型如圖 3.25a、3.25b所示 2.3本 章 小 結介 紹 了 Dc DC變 換 器 的 四 種 基 本 拓

31、 撲 ， 并 就 其 中 Boost電 路 進 行 了 理 想 條 件 下 穩 態 特 性 分 析 ，對 DC， Dc變 換 器 的 動 態 建 模 的 方 法 平 均 開 關 模 型 方 法 進 行 了 理 論 的 推 導 ， 然 后 利 用 OIcAD仿 真 軟 件 驗 證 了 理 論 推 導 的 正 確 性 ， 并 得 出 了 四 種 基 本 拓 撲 的 阻 抗 模 擬 特 性 圖 。三、最 大 功 率 跟 蹤 器 的 硬 件 設 計3.1控 制 器 硬 件 組 成目 前 光 伏 發 電 并 網 系 統 的 控 制 器 正 在 向 集 成 一 體 化 和 智 能 化 的 發 展 ， 該

32、控 制 器 應 該 具 備 的 功 能有 ； 光 伏 電 池 最 大 功 率 跟 蹤 功 能 ， 蓄 電 池 充 放 控 制 功 能 ， 光 伏 并 網 逆 變 器 控 制 功 能 ， 光 伏 并 網 的 一些 監 測 功 能 和 遠 動 通 信 、 控 制 功 能 ， 因 此 為 了 實 現 這 些 。 并 提 高 光 伏 并 網 系 統 控 制 器 的 智 能 化 程 度 ，必 須 設 計 具 有 采 樣 速 度 快 ， 計 算 能 力 強 ， 控 制 靈 活 ， 可 靠 性 高 的 測 控 裝 置 。 本 文 根 據 為 了 實 現 光 伏并 網 系 統 的 控 制 器 的 功 能 ，

33、采 用 了 基 于 DSP微 處 理 豹 控 制 平 臺 。 其 總 體 結 構 框 圖 如 圖 5 1所 示 ：光 伏 并 網 系 統 控 制 器 按 照 采 用 器 件 功 能 可 分 為 三 個 模 塊 ， 包 括 ：1、 核 心 控 制 模 塊 ： 以 DSP(1MS320F240)和 cPLD(xc95108)為 核 心 器 件 。 其 中 1Ms320F240具 有 高 速 數 字 信 號 處 理 能 力 又 具 有 靈 活 的 控 制 能 力 ， 非 常 適 合 光 伏 并 網 系 統 控 制 器 的 運 算 和 控 制 的要 求 。 同 時 通 過 CPLD的 可 編 程 特

34、點 使 系 統 更 具 靈 活 性 ， 增 加 了 系 統 的 適 應 能 力 。2、 輸 入 輸 出 模 塊 ： 以 霍 爾 元 件 和 高 速 AD作 為 輸 入 通 道 。 其 中 霍 爾 元 件 具 有 相 應 速 度 快 、 線 性度 高 、 抗 干 擾 強 等 特 點 ， 與 高 速 的 AD配 合 ， 適 于 提 高 光 伏 并 網 系 統 控 制 器 采 樣 電 壓 、 電 流 的 精 確4l度 和 快 速 性 。 采 用 專 用 驅 動 模 塊 M57962AL， 對 IGBT提 供 驅 動 保 護 。 有 利 于 簡 化 電 路 ， 提 高 驅 動可靠性。3、人機接口模塊：

35、包括鍵盤、顯示、通訊，通過人機接口可以方便地實現光伏并網控制器的控制、顯示等功能，通過232串口通訊可以實現遠程控制。3.2最大功率跟蹤的簡易驗證為 了 驗 證 基 于 OrcAD下 的 光 伏 電 池 的 模 塊 有 效 性 和 主 電 路 參 數 選 取 的 合 理 性 ， 本 文 根 據OfCAD自 身 軟 件 的 特 點 ， 采 用 了 傳 統 的 恒 電 壓 控 制 來 模 擬 最 大 功 率 跟 蹤 的 效 果 ， 其 仿 真 原 理 圖 和 結果分別如圖：5 3.3實 驗 結 果 分 析通過軟硬件的分析和設計，通過搭建系統的實驗平臺， 得到的實驗結果看出 ， 其 驅 動 的 占

36、空 比 是 隨 著 時 閫 改 變 ， 根 據 前 幾 章 對 最 大功 率 跟 蹤 算 法 的 理 論 研 究 ， 這 個 結 果 正 確 地 說 明 了 整 個 系 統 能 夠 實 現 對 光 伏 電 池 的 最 大 功 率 跟 蹤 。顯 示 的 是 主 電 路 中 IGBT的 兩 端 波 形 ， 通 過 其 波 形 可 以 看 出 ， 其 兩 端 所 受 的 波 形 的 占 空 比基 本 是 一 樣 的 ， 這 個 結 果 能 夠 正 確 的 說 明 了 ， 該 系 統 已 經 穩 定 在 最 大 功 率 跟 蹤 點 的 工 作 狀 態 ， 但 是 ，期 間 還 是 存 在 一 定 擾

37、動 ， 但 是 很 快 又 恢 復 平 衡 ， 而 圖 5 2l是 整 個 系 統 的 輸 出 電 壓 ， 其 輸 出 電 壓 還 是存 在 一 定 的 擾 動 的 。四、總 結 和 展 望4.1工 作 總 結日 前 國 內 外 對 大 量 能 源 的 需 求 與 傳 統 不 可 再 生 能 源 的 逐 年 下 降 的 矛 盾 已 經 越 來 越 引 起 人 們 重視 ， 為 了 解 決 該 矛 盾 ， 發 展 和 大 力 使 用 可 再 生 能 源 己 經 迫 在 眉 睫 了 ， 為 此 ， 本 文 針 對 可 再 生 能 源 中的 光 伏 發 電 并 網 中 的 最 大 功 率 跟 蹤 器

38、 的 設 計 進 行 了 研 究 和 探 討 ， 在 大 量 閱 讀 國 內 外 相 關 文 獻 的 基 礎上 ， 結 合 本 課 題 的 技 術 要 求 、 工 程 應 用 、 課 題 條 件 等 方 面 ， 具 體 做 了 下 面 幾 個 方 面 的 工 作 ：光 伏 電 池 作 為 光 伏 發 電 并 網 系 統 中 能 量 的 來 源 有 其 特 性 的 工 作 原 理 和 物 理 特 性 ， 為 了 能夠 更 好 的 設 計 光 伏 電 池 與 傳 統 電 網 之 間 的 接 口 ， 對 光 伏 電 池 的 工 作 原 理 和 電 氣 特 性 的 研究 具 有 重 要 的 意 義 ，

39、 所 以 ， 本 課 題 第 一章 從 光 伏 電 池 的 物 理 工 作 原 理 以 及 所 表 現 出 來 的電 氣 輸 出 特 性 進 行 了 理 論 上 詳 細 的 研 究 ， 并 介 紹 了 如 何 測 試 實 際 的 光 伏 電 池 模 塊 的 電 氣特 性 ， 就 實 際 的 單 晶 硅 光 伏 電 池 模 塊 ST50S100B進 行 相 關 特 性 的 測 量 和 實 驗 。 對 最 大 功 率 跟 蹤 器 中 的 主 電 路 拓 撲 DC， DC變 換 器 的 相 關 技 術 進 行 了 闡 述和研究，重點研究了Dl二DC變換器的動態建模方法平均開關模型法，最后針對最大 功 率 跟 蹤 器 區 別 于 傳 統 Dc， DC變 換 器 應 用 的 特 點 進 行 了 動 態 建 模 ， 并 進 行 了 理 論 的分析。在 設 計 實 際 最 大 功 率 跟 蹤 器 前 ， 軟 件 平 臺 仿 真 最 大 功 率 跟 蹤 器 的 工 作 效 果 是 非 常 必 要 .4.2工 作 展 望雖 然 本 文 對 光 伏 發 電 并 網 系 統 中 的 最 大 功 率 跟 蹤 器 做 了 大 量 的 工 作 ， 但 是 由