最大功率点跟踪控制算法研究与仿真
最大功率点跟踪控制算法研究与仿真
1. 背景介绍
在光伏发电系统中，最大功率点才能实现最高效率的能量转换。但是，由于气候条件和电池参数的变化，光伏电池的输出功率也是随之变化的。因此，为了最大程度地利用太阳能，需要一种能够稳定跟踪光伏
电池电流和电压，实时调整电池输出功率的算法。
2. 最大功率点跟踪控制算法
最大功率点跟踪控制算法是一种基于光伏电池电流和电压的非线性控
制算法，通常采用模糊控制或PID控制器进行实现。该算法通过测量
光伏电池的输出功率并根据其电流和电压的变化趋势进行调节，以最
大化系统的功率输出。
3. 研究内容
针对最大功率点跟踪控制算法的研究主要包括以下方面：
1) 算法设计：通过分析光伏电池的特性曲线、气候条件和系统参数等，
设计出适合特定条件下的最大功率点跟踪控制算法。
2) 算法实现：选用合适的控制器，并将最大功率点跟踪控制算法实现到光伏系统的控制器中。
3) 仿真分析：通过仿真分析，评估所设计算法的稳定性、效率和适应性。
4. 仿真结果
通过Matlab仿真，可以得到最大功率点跟踪控制算法在不同条件下的仿真结果。通过对比不同算法的瞬态响应、收敛速度、动态性能等，可以评估算法的效果。
5. 结论
最大功率点跟踪控制算法的研究是光伏发电领域重要的研究方向。通过对光伏电池特性和系统参数的分析，设计出适合特定条件下的控制算法，并通过仿真进行评估，可以为实际光伏发电系统的设计和优化提供参考。
毕业设计(论文) 太阳能光伏发电最大功率跟踪点的 研究与分析 二〇一三年五月二十四日
摘要 在绿色再生能源得到广泛应用的今天，太阳能因为其独特的优势而得到青睐，但因为光伏电池的输出特性受外界环境因素影响大，而且，光伏电池的光电转换效率低，价格昂贵，所以光伏发电系统的初期投入较大。为有效利用太阳能，需要对光伏发电系统加以有效的控制。本文着重对光伏阵列的各种最大功率点跟踪控制技术进行了详细的理论分析，建立了MATLAB仿真模型进行了实验验证。 首先，本文介绍了光伏发电技术的背景及意义，国内外光伏发电技术的现状及发展趋势，目前国内外光伏发电存在的问题，并简对光伏发电最大功率点跟踪进行了简要的概述。 然后，本文对光伏电池的工作原理和电气特性进行了分析，介绍了光伏电池的分类，并建立了光伏电池的仿真模型。光伏电池是光伏发电系统的重要组成部分，介绍光伏电池对研究最大功率点跟踪具有重要意义。 再者，对光伏发电中的关键技术之一的光伏阵列最大功率点跟踪控制(MPPT)技术，做了详细的分析。对常用的最大功率点跟踪（MPPT）方法：恒定电压法（CVT）、导纳增量法（Incremental Conductance）、扰动观测法（P&O）进行了仔细的研究，还有新兴的神经网络法和模糊控制法进行了仔细的分析，这些方法各有千秋，在不同的应用场合各有所长。 最后，在理论分析的基础上，给出了系统的硬件设计，详细介绍了DC-DC 转换电路中的Boost升压变换电路的工作原理，以及其仿真波形，还有正弦波逆变器的SPWM波形产生电路的工作原理，最后通过MATLABSIUMLINK对该其中的一种算法进行了仿真验证。
光伏发电系统最大功率跟踪控制策略研究 随着生产活动的不断增加和人们对环境保护意识的不断提高， 光伏发电已经成为了未来最为重要的一种能源形式。然而，在实 际运行过程中，光伏发电系统的效率和稳定性都存在一定的问题，尤其是最大功率点的跟踪控制。因此，本文将从理论和实践两个 方面分析光伏发电系统最大功率跟踪控制策略的研究现状和发展 趋势，并提出相应的解决方案。 一、最大功率点跟踪控制的意义和现状 1.1 最大功率点跟踪控制的意义 最大功率点指的是光伏电池在一定光照条件下能够输出的最大 功率。而光伏电池的输出功率受到多种因素的影响，比如温度、 光强等。因此，实现最大功率点的跟踪控制对于提高光伏发电系 统的效率和稳定性至关重要。 1.2 最大功率点跟踪控制的现状 目前，最大功率点跟踪控制技术已经达到了比较成熟的阶段。 常见的最大功率点跟踪控制方法包括模拟控制、数字控制和混合 控制等。其中，数字控制方法由于其高精度、高可靠性和易于调 节等特点，已经成为目前光伏发电系统最主流的跟踪控制方式。 二、光伏发电系统最大功率跟踪控制策略的优化
2.1 光伏发电系统最大功率跟踪控制策略的分类 根据控制策略的不同，光伏发电系统最大功率跟踪控制可以分为基于模糊逻辑控制、基于PID控制、基于神经网络控制等多种形式。其中，基于神经网络控制由于其在非线性问题解决方面的优势，已经成为光伏发电系统最大功率跟踪控制最为主要的研究方向。 2.2 光伏发电系统最大功率跟踪控制策略的优化 光伏发电系统最大功率跟踪控制策略的优化需要从三个方面入手：模型建立、算法设计和实验验证。具体而言，可以通过建立多项式回归模型、FURF氏模型等不同的数值模型来描绘最大功率点的各种变化规律，并根据不同的数据特征选择不同的算法进行优化设计。在实验验证方面，可以采用PSCAD/EMTDC、MATLAB/Simulink等多种软件进行模拟实验，从而验证控制策略的实际效果。 三、结语 在光伏发电系统的应用过程中，最大功率点跟踪控制是关系到系统效率和稳定性的重要问题。因此，针对当前最大功率跟踪控制中存在的问题进行深入分析和研究，结合模型建立、算法设计和实验验证，可以有效提高光伏发电系统的效率和稳定性，为推动光伏发电技术的广泛应用做出积极贡献。
光伏发电系统中最大功率跟踪控制方 法的研究共3篇 光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究1 光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究 随着能源危机日益加剧，人们开始逐渐关注非化石能源的开发和利用。光伏发电系统作为一种新兴的能源利用方式，具有环保、可持续发展等优点，并且在短时间内日益得到了快速发展。然而，光伏发电系统本身存在着输出波动大、稳定性差等问题，最大功率跟踪控制成为了实现光伏发电系统的高效利用的重要控制手段。 最大功率跟踪控制方法是指在各种光照条件下，通过调节光伏电池阻抗，使得光伏电池输出功率达到最大。该方法可保证光伏发电系统的最大工作效率，提高光伏发电系统的性能指标。 目前，在光伏发电系统最大功率跟踪控制方法中，较为常用的有基于传统控制方法的PID控制算法、基于传统控制方法的模糊控制算法以及基于人工智能的控制方法。 PID控制算法是目前工业应用最广泛的一种控制方法，其优点 是简单易行、可靠性高。但是，在光伏发电系统的最大功率跟踪控制中，PID控制算法的缺点也很明显，即对系统参数不确 定和非线性时效应响应较差。
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制方法，具有较强的适应性和鲁棒性，能够在一定程度上解决光伏发电系统非线性和不确定性问题。但是，模糊控制算法的不足之处也很明显，即控制逻辑复杂、难以优化、且受控精度较低。 人工智能控制方法是目前最受关注的一种控制方法，其通过模拟人类智慧的思维方式来完成系统控制。在光伏发电系统最大功率跟踪控制中，人工智能控制方法能够很好地解决非线性和不确定性问题，并且具有很高的精度和操控性。但是，人工智能控制方法的缺点也很明显，即需要耗费大量时间和成本来完成系统学习和训练，以及容易出现过拟合和欠拟合现象。 综上所述，最大功率跟踪控制是光伏发电系统高效利用的重要手段。通过不同的控制方法，在解决非线性和不确定性问题的同时，还能够提高光伏发电系统的性能指标。随着科技的不断发展，相信控制方法的研究也将不断更新，为光伏发电系统的发展贡献更多的力量 在光伏发电系统的最大功率跟踪控制中，不同的智能控制方法具有各自的优缺点。PID控制算法简单易行且可靠，但对非线 性和不确定性问题响应较差；模糊控制算法适应性和鲁棒性高，但控制逻辑复杂且精度较低；人工智能控制方法能够很好地解决非线性和不确定性问题，但需要耗费大量时间和成本。相信随着科技的不断发展，控制方法的研究也将不断更新，为光伏发电系统的发展贡献更多的力量 光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究2
太阳能光伏发电的最大功率跟踪控制方法及装置 1本项目主要的研究内容 （1）光伏发电系统最大功率点跟踪算法研究：传统的MPPT控制算法各自都存在一些不足之处,为了改善最大功率点的跟踪效果，将各种传统MPPT方法综合起来使用，相互取长补短。把固定参数法、扰动观察法和电导增量法相结合得到的复合MPPT算法。对复合MPPT控制算法结合相关文献资料进行研究，利用MATLAB进行仿真，建立多种模型，比较仿真结果，关注模型的简单性和跟踪时间和效果，并把模型移植到硬件平台进行调试。 （2）搭建基于单片机的光伏发电系统最大功率点跟踪控制装置，实现光伏发电系统最大功率点跟踪和控制以及直流变换等功能，提高光伏阵列的输出功率。光伏发电系统最大功率点跟踪控制装置示意图1所示。 图1 光伏发电系统最大功率点跟踪控制装置示意图 （3）光伏发电系统最大功率点跟踪控制装置通过电压电流检测电路采集到的模拟信号经A/D端口送入微控制器进行最大功率点跟踪算法分析计算后，微控制器通过驱动模块输出PWM（脉宽调制）脉冲控制信号调节DC/DC变换器中内部开关管的通断，实现对转换电路输出电压及电流的控制。 （4）光伏发电系统最大功率点跟踪控制装置中设计保护模块，可以对电路进行过压和过流保护，提高装置的安全可靠性。 1.2拟解决的关键问题： （1）复合MPPT算法的简化和跟踪时效； （2）复合MPPT算法在硬件产品的应用实现； （3）光伏发电系统最大功率点跟踪控制装置的在复杂情况下的可靠性；
2.方案的设计与可行性分析 最大功率点跟踪控制原理：对于一个线性电路，当负载电阻和电源内阻相等时，电源输出功率最大。虽然太阳能电池和DC/DC转换电路都是非线性的，但是在其工作点附近很小的范围内，可以将它们看作是线性电路。因此，只要调节DC/DC转换电路的等效电阻，使之与太阳能电池的串联电阻始终等于负载电阻，就可以实现太阳能电池阵列的最大功率输出，也就实现了太阳能电池的最大功率跟踪。若将太阳能电池通过变换器与负载连接，太阳能电池的工作点则由负载限定。当负载不可以调节时，由下图可知，太阳能电池在A点的输出功率小于在最大功率点的输出功率。通过调节输出电压，将负载电压调节到Ur处，使负载上的功率从A点移到B点。而B点与太阳能电池的最大功率点在同一条等功率线上，因此太阳能电池此时有最大功率输出。 本文采用固定电压法的控制策略 固定电压法是利用太阳能光伏电池输出最大功率时工作电压与开路电压存在近似的比例关系这一特性进行控制的一种最大功率点跟踪控制方法。 图2所示为不同情况下最大功率点电压和开路电压的关系曲线。由图2可知，最大功率点电压和开路电压的比例系数M。约为0.76，并且在外界温度和条件发生变化时，这个比例系数的变化不大，图中的实测点和拟合直线，误差在10%以内。
光伏发电系统最大功率点跟踪控制 摘要：随着新能源的使用，相应的配套技术也已近成为了人们关注的焦点，本文提出了基于混合粒子群-模式搜索算法（PSO-PSA）的光伏发电最大功率点跟踪方法。对光伏电池模型进行仿真分析，绘制其在外界条件变化的情况下的输出特性曲线，分析环境变化对最大功率点的影响；通过对比PSO-PSA与粒子群算法，对基准测试函数的求解速度、精度与稳定性，验证本文算法的有效性，进而在不同环境条件下将混合算法优化输出结果与模型输出结果进行对比；将PSO-PSA与光伏阵列结合应用到Boost电路，实现模型动态输出结果与理论计算值匹配，从而实现最大功率点的有效跟踪。结果表明：基于PSO-PSA的光伏系统最大功率点跟踪技术合理，跟踪精度较高，弥补了使用固定电压值时无法适应环境改变而造成能源浪费的不足。 关键词：光伏系统；最大功率点跟踪；光伏阵列；Boost电路； 1前言 以太阳能、风能、地热能、潮汐能为代表的新能源已经成为当今时代人们关注的热点[1]。其中，太阳能发电以其特有的优势得到了越来越多的关注。和传统能源相比，太阳能具有以下特点：1）清洁无污染，易取可再生；2）不受地区因素限制，在资源匮乏地区和地形复杂地区都可以使用；3）设备简单，可以独立供电，也可以并网发电。目前，太阳能发电面临的主要问题是发电成本较高以及发电效率低下。其中，受材料、工艺等因素影响，光伏组件价格较高，导致发电成本的增加，但这可通过延长光伏组件的使用寿命来有效控制。而由于光伏电池的输出特性具有明显的非线性特点，使得由若干个光伏电池组件组合构成的光伏系统输出功率匹配成为难题。因此，如何实现光伏系统最大功率点的有效跟踪尤为重要。 2最大功率点跟踪优化控制 当光辐射度和环境温度保持一定时，判断光伏发电系统输出是否处于最大功率点处的主要指标是负载值。只有外部电路负载阻值与光伏电池阵列的内部阻值相匹配，才能实现输出功率最大化。由于光伏阵列的输出特性曲线受外界环境影响较大，因此，当外部条件发生变化时，可根据输出特性调整负载，从而实现最大功率点跟踪。 2.1优化控制结构 光伏发电控制系统主要由最大功率点跟踪和Boost电路两部分组成。最大功率点跟踪主要是根据实际环境参数和光伏电池输出参数来控制产生一定的PWM 脉冲。该脉冲作用于Boost电路，通过调节电路的占空比来改变外部负载大小，以实现外部阻值始终与其内部阻值变化同步，最终完成最大功率点跟踪。由于恒定电压法既简单又具有较好的稳定性，因此常用来控制最大功率点，但由于忽略了很多外部变化条件，其跟踪精度较低。为此，恒定电压法结合粒子群算法快速的全局搜索能力和模式搜索算法较强的局部搜索能力，可得出最优化控制数据。 2.2MPPT智能优化算法 2.2.1粒子群算法 粒子群算法（PSO）是一种进化计算技术，主要用来求解非线性多模态的约束和非约束优化问题。在PSO中，每个候选解都被看作一个粒子，是E维空间中的一个位置，粒子根据自身的个体经验和群体中最好的经验决定接下来的运动。通常粒子会按照以下迭代公式来更新其速度和位置。
最大功率跟踪原理及控制方法 2.1最大功率跟踪原理 太阳能电池的输出特性如图一所示，从图中的P/V特性曲线可以看出，随着端电压的增加输出功率先增加后减小，说明存在一个端电压值，在其附近可获得最大功率，因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率,一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点,使之始终工作在最大功率点附近,这一过程就称之为最大功率点跟踪-MPPT。 图一光伏电池的特性曲线 2.2 最大功率跟踪的控制方法 MPPT的控制方法：光伏系统中的最大功率点跟踪的控制方法很多，使用最多的是自寻优的方法，即系统不直接检测光照和温度，而是根据光伏电池本身的电压电流值来确定最大功率点。这种方法又叫做TMPPT(True Maximum Power Point Tracking)。在自寻优的算法中，最典型的是扰动观察法和增量电导法。本论文使用扰动观察法，扰动观察法主要根据光伏电池的P-V特性，通过扰动端电压来寻找MPPT，其原理是周期性地扰动太阳能电池的工作电压值( ),再比较其扰动前后的功率变化，若输出功率值增加，则表示扰动方向正确，可朝同一方向(+ )扰动；若输出功率值减小，则往相反(- )方向扰动。通过不断扰动使太阳能电池输出功率趋于最大，此时应有[8]。此过程是由微处理器即C8051F320控制完成的。 3、系统的总体结构 3.1系统的结构图 系统的结构图如图二所示。其中单片机要采集太阳能电池的输出电压和输出电流及蓄电池的充电电流和开路电压，通过一定的控制算法（即改变占空比），调节太阳能电池的输出电压和电流，从而实现太阳能电池在符合马斯曲线的条件下以最佳功率对蓄电池充电，系统的硬件主要由核心控制模块、采样模块、驱动模块、升压式DC/DC变换器模块组成。
PV系统最大功率点追踪控制技术研究 随着太阳能发电技术的不断发展和普及，PV系统在新能源领域中扮演着越来 越重要的角色。PV系统的最大功率点（Maximum Power Point，简称MPP）是指 在特定的太阳辐照度和温度下，PV系统可以输出最大电功率的电压和电流的组合。由于影响MPP的因素较多，因此需要通过MPP追踪控制技术来保证PV系统的高 效发电。 PV系统的MPP主要受到以下几个因素的影响： 1.太阳辐照度 PV系统的电流与太阳辐照度成比例，因此MPP也会随着太阳辐照度的变化而 变化。在不同的时段，太阳的辐照度会有所不同，因此需要通过MPP追踪控制技 术来实时调整PV系统的电压和电流，以保证系统能够在不同的太阳辐照度下输出 最大电功率。 2.温度 PV系统的温度会影响系统中光伏电池的电性能，因此也会影响MPP的位置。 在高温下，光伏电池的电压降低，电流增加，MPP的位置向低电压方向移动；在 低温下，光伏电池的电压增加，电流降低，MPP的位置向高电压方向移动。因此，在设计MPP追踪控制技术时需要考虑温度对系统的影响。 3.阴影和污染 PV系统中，阴影和污染会影响光伏电池的发电能力，进而影响MPP的位置。 阴影和污染会导致某些光伏电池的电流降低或者失去发电能力，从而影响整个PV 系统的电功率输出。在设计MPP追踪控制技术时，需要考虑如何减少阴影和污染 对系统的影响。
为了保证PV系统的高效发电，需要采用MPP追踪控制技术来实时调整PV系 统的电压和电流，以保证系统能够在不同的太阳辐照度和温度下输出最大电功率。市面上常用的MPP追踪控制技术主要有以下几种： 1.基于传统算法的MPP追踪控制技术 这种技术通常采用模拟电路实现，通过程序控制器对系统的电压和电流进行调整，以实现MPP的追踪。此外，也有基于微处理器控制的追踪技术。这种技术的 优点是实现简单，成本低，但对系统中的阻抗匹配要求较高。 2.基于改进算法的MPP追踪控制技术 改进算法包括模糊逻辑控制、神经网络控制、遗传算法控制等，这些算法可以 更精确地计算MPP的位置，并实现更精准的控制。此外，改进算法还可以应对阴 影和污染对系统的影响，并实时调整系统的输出电压和电流，以保证系统在各种情况下输出最大功率。 3.基于模块化MPP追踪控制技术 模块化追踪控制技术将整个系统分为多个子系统，每个子系统分别控制MPP 的位置，并最终汇总为整个系统的输出。这种技术可以提高整个系统的备份灵活性，并对系统的电压和电流进行更精准的控制。 总之，MPP追踪控制技术是保证PV系统高效发电的关键技术之一。针对不同 的系统特点，需要采用不同的追踪控制技术来实现系统的最大功率输出。随着自然能源的日益消耗，PV系统的发展必将促进人类的绿色发展，实现可持续发展。
太阳能光伏发电中的最大功率点跟踪技术研 究 太阳能光伏发电越来越受到重视，其中一个关键技术就是最大功率点跟踪技术。本文将介绍最大功率点跟踪技术的原理以及现有的几种常见方法，并分析其优缺点，最后展望未来的发展方向。 一、最大功率点跟踪技术的原理 光伏电池的电流和电压是非常复杂的非线性函数，其输出特性曲线如图1所示。在某一时刻，光照强度不同、温度不同、阴影情况不同等都会影响光伏电池的输出功率。因此，为了使光伏电池能够输出最大功率，需要通过追踪其输出功率特性曲线，确定出当前工作条件下的最大功率点。 最大功率点跟踪技术的原理图如图2所示。该系统通常由光伏电池组、功率逆 变器、控制器和最大功率点跟踪模块等几个部分构成。光伏电池组将太阳能转换为直流电能，功率逆变器将直流电转换为交流电，最大功率点跟踪模块通过控制器来改变功率逆变器的输出电压和电流，以达到追踪光伏电池输出功率特性曲线的目的。 二、常见的最大功率点跟踪技术 1、基于开关频率的最大功率点跟踪技术 基于开关频率的最大功率点跟踪技术通常是利用模拟控制电路或数字控制电路，改变开关频率，通过改变输出电容和电感器的电流，以使得输出功率最大。该技术优点在于系统简单和容易实现，缺点则是系统的响应速度和效率受到限制。 2、基于模糊控制的最大功率点跟踪技术 基于模糊控制的最大功率点跟踪技术是运用模糊控制理论来实现最优跟踪。 它可以根据当前的输入和输出状态，自适应地改变最大功率点跟踪控制策略。该技
术的优点在于可以实现更准确的功率跟踪，缺点则是控制器复杂度较高，需要大量计算和存储空间。 3、基于神经网络的最大功率点跟踪技术 基于神经网络的最大功率点跟踪技术是利用多层神经网络对光伏电池的输出特 性曲线进行建模，快速识别最大功率点和跟踪输出功率点。该技术主要优点在于不需要精确的模型或控制算法，具有在输入/输出关系未知的情况下进行跟踪的能力，缺点则是网络结构的设计需要耗费大量时间和资源。 三、未来发展趋势 最大功率点跟踪技术的研究已经非常成熟，不断出现新的控制策略和算法，为 光伏电池输出更高的效率和更稳定的电能做出了重要的贡献。但目前存在一些瓶颈，如控制器运行效率、实时响应能力、稳定性和可靠性等问题。为了进一步提高光伏电池最大功率点跟踪技术的性能，研究者都在不断探索更先进的理论和技术方法。 例如，使用人工智能和机器学习技术，可以为太阳能光伏发电系统提供更准确 和精细的控制，以控制太阳能光伏发电系统在不同的环境条件下运行。此外，微电子器件和封装技术越来越先进，可实现更高效、更小巧的最大功率点跟踪控制器。这些新技术将在未来的研究和应用中得到充分的探索和发展。 最后，尽管最大功率点跟踪技术已经成熟，但从长远角度来看，我们可能需要 转向更大范围的能量储存和分配技术，以便实现太阳能光伏发电的更可靠和更广泛的应用。
船用光伏发电系统最大功率跟踪及自动跟踪控制研究 船用光伏发电系统是指通过太阳能电池板将太阳辐射转换为电力的一种装置。在海上运行的船只，如果利用太阳能进行发电，既可以减少化石能源的使用，又可以贡献环保尽责，具有十分广泛的应用前景。而船用光伏发电系统的最大功率跟踪控制技术，则可以保证光伏电池板输出功率最大化，提高系统的发电效率。 船用光伏发电系统的最大功率跟踪 太阳能电池板在光照条件下，会产生一个最大功率点，此时电池的电压、电流、输出功率均处于最优状态。而由于光照条件的变化，太阳能电池板产生的最大功率点也会发生变化。为了保证整个系统的发电效率，需要对太阳能电池板的输出功率进行跟踪和调整。 在船用光伏发电系统中，常常采用的最大功率跟踪方法是填充因子法。填充因子是反映电池板内阻、光强度和温度等因素对输出功率的影响的一个参数。在跟踪过程中，系统通过检测电池板输出的电压和电流，计算得出当前填充因子，然后根据填充因子的大小调整电池板的工作点，使得功率输出接近最大值。通过逐步调整电池板的工作点，就能找到恰当的最大功率点。 自动跟踪控制技术 为了进一步提高船用光伏发电系统的发电效率，自动跟踪控制技术被应用到系统中。自动跟踪控制技术可以根据太阳的位置
和角度，在不同方位角和俯仰角下调整太阳能电池板的朝向，使得太阳能电池板始终保持在最佳工作状态。由于船只在海上运行，受风、浪的影响比较大，因此需要采用相应的控制算法。 在船用光伏发电系统中，自动跟踪控制技术可以分为两种：经纬度跟踪技术和加速度计跟踪技术。经纬度跟踪技术需要利用GPS定位系统获取所在位置的经度和纬度，并根据太阳位置 的计算公式计算出太阳在不同时间点和不同位置的方位角和俯仰角，从而进行调整。而加速度计跟踪技术则通过感应器或者加速度计来感知船只运动的状态，通过控制器实时计算出太阳位置的角度，再驱动电机进行调整。 总体来看，船用光伏发电系统的最大功率跟踪控制技术和自动跟踪控制技术，能够大幅提高系统的发电效率，减少化石能源的使用，降低环境污染，具有很好的应用前景。相关数据指的是船用光伏发电系统的发电效率、填充因子、最大功率点跟踪精度、自动跟踪控制精度等指标。以下是一些相关数据的解释和分析。 1. 发电效率：发电效率是指太阳能电池板把光能转化为电能的效率，单位为百分比。发电效率越高，系统发电时利用太阳能的效率就越高。目前商用太阳能电池板的发电效率一般在 15%~20%之间。但是，在实际运行中，因为光照和温度等因 素的影响，系统的发电效率可能会下降。 2. 填充因子：填充因子是反映电池板内阻、光强度和温度等因素对输出功率的影响的一个参数。填充因子越高，说明电池板
课程设计说明书 风力发电机组控制系统设计-最大功率点跟踪控制 专业新能源科学与工程 学生姓名喻绸绢 班级能源121 学号1210604122 指导教师薛迎成 完成日期2015年12月14日
目录 1。控制功能设计要求 0 1。1任务 0 2.设计 (2) 2.1 介绍对象（风力发电系统的最大功率点跟踪控制技术研究）2 2.2控制系统方案 (2) 2。2.1风力机最大功率点跟踪原理 (2) 2。2.2风力机发电系统 (5) 2.2.3风速变化时的系统跟踪过程 (10) 3。硬件设计 (12) 4.软件设计 (15) 5。仿真或调试 (16) 参考文献 (18)
1。控制功能设计要求 1。1任务 能源与环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题而传统能源已被过度消耗，因此，可再生能源的开发利用越来越受到重视和关注,其中风能具有分布广、储量大、利用方便、无污染等优点是最具大规模开发利用前景的新能源之一. 目前，变速恒频风力发电系统已经广泛用于实际风机中,在低于额定风速的情况下根据风速变化的情况调节风机转速，使其运行于最优功率点，从而捕获最大风能;在高于额定风速时,通过对桨距角的调节，使风机以额定功率输出。常用最大功率捕获方法主要有功率反馈法、模糊控制法、混合控制法等。为了充分利用风能，提高风电机组的发电总量，本文分析风机特性及最大功率点跟踪（maximum pow er point tracking MPPT）工作原理.众多的MPPT实现方法各有千秋，对于不同的应用场所各有所长，对于多种方案，需要进行大量细致的实验工作和数据分析. 风能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源，风能的获取不仅与风力发电机的机械特性有关,还与其采用的控制方法有关。在某一风机转速情况下，风速越大时风力机的输出功率越大,而对某一风速而言，总有一最大功率点存在.只有当风力发电机工作在最佳叶尖速比时，才能输出最大功率.好的控制方法可使风轮的转速迅速跟踪风速变化，使风力发电机始终保持在最佳叶尖速比上运行，从而最大限度地
太阳能发电系统中的最大功率点跟踪技 术 在太阳能发电系统中，最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）技术是一项重要的研究课题。太阳能电池的输出电压与环境光强、温度等因素有关，而发电系统的效率取决于电 池输出的最大功率。因此，为了最大限度地提高太阳能发电系统 的效率，确保高效率的能量转换和系统的长期稳定运行，MPPT 技术应运而生。 MPPT技术是通过对太阳能电池组进行电压和电流的调整，使 得系统工作在太阳能电池的最大功率点处。太阳能电池的输出功 率与其电流和电压的乘积有关，即P=I*V。在太阳能电池的I-V特性曲线中，最大功率点是该曲线上功率最大的点，实现这个点上 的功率输出是MPPT算法的核心目标。 MPPT技术的核心思想是实时监测、计算和跟踪太阳能电池组 的工作状态，以调整电压和电流，使得系统工作在最大功率点处。为了实现MPPT技术，研究人员提出了许多方法和算法，常见的 有Incremental Resistance（增量电阻法）、Perturbation & Observation（扰动观察法）和模糊控制法等。
增量电阻法是最早提出的一种MPPT方法，该方法通过对太阳 能电池组的电压进行微小变化，并测量此时太阳能电池的输出功 率变化，根据增量功率与增量电阻之间的关系判断最大功率点位置。虽然该方法原理简单，但在快速变化的工况下，其响应速度 较慢。 扰动观察法是另一种常见的MPPT方法，该方法通过逐步增加 或减少太阳能电池的工作点电压，并观察功率的变化情况，根据 功率变化趋势确定最大功率点位置。该方法相对于增量电阻法有 着更快的响应速度和更高的精度，但在光照强度变化剧烈的环境下，可能无法快速找到最大功率点。 除了上述两种方法外，模糊控制法也广泛应用于MPPT技术中。模糊控制利用模糊逻辑推理来实现对电池组的电压和电流进行调整，以使得系统电池工作在最大功率点处。该方法通过建立模糊 控制规则和输入输出模糊化来实现MPPT功能，并具有较好的适 应性和鲁棒性。 尽管MPPT技术已经取得了显著的进展，但仍然面临一些挑战 和限制。首先，MPPT算法本身需要一定的计算资源和数据采集，从而导致一定的系统复杂性和成本。此外，MPPT方法的可靠性 和稳定性也需要进一步提高，以确保MPPT算法在不同光照条件 下都能准确追踪最大功率点。
最大功率点跟踪 引言 在太阳能光伏发电系统中，最大功率点跟踪是一种关键的技术，可以最大限度地提高光伏发电系统的效率。本文介绍了最大功率点跟踪的概念、原理以及常见的跟踪算法。 最大功率点跟踪的概念 最大功率点(MPP, Maximum Power Point)是指光伏电池在给定光照强度下能够输出的最大功率。最大功率点跟踪技术是为了保证光伏电池输出功率始终保持在最大功率点附近，从而提高整个光伏发电系统的效率。 在不同的光照条件下，光伏电池的电压-电流特性曲线会有所变化。因此，通过检测并实时调整光伏电池工作点，可以使光伏电池在不同光照条件下工作在最大功率点，从而提高系统的发电效率。 最大功率点跟踪的原理 最大功率点跟踪的原理是基于光伏电池的电压-电流特性曲线。光伏电池的电压-电流特性曲线呈现出一个特定的最大功率点，该点对应的电压和电流可以提供最大的输出功率。最大功率点的位置取决于光照强度和温度等因素。 通常，最大功率点跟踪是通过变换电路实现的。该变换电路可以调整光伏电池的工作电压，使之工作在最大功率点处。变换电路通常由直流-直流变换器和控制系统组成。控制系统根据光照强度和温度等参数，实时调整变换电路的工作状态，以使光伏电池始终工作在最大功率点。 最大功率点跟踪算法 最大功率点跟踪算法是实现最大功率点跟踪的关键。常见的最大功率点跟踪算法包括： 1.Perturb and Observe (P&O) 算法：P&O 算法是最简单且最常用的最 大功率点跟踪算法之一。该算法通过微小地扰动光伏电池的工作点，观察输出功率的变化来判断是否接近最大功率点。如果功率有所增加，则继续扰动同一方向；如果功率有所下降，则扰动反方向。通过不断地调整工作点，最终找到最大功率点。 2.Incremental Conductance (IncCond) 算法：IncCond 算法是另一种常 用的最大功率点跟踪算法。该算法利用光伏电池电流的变化率来判断工作点是否接近最大功率点。当电流变化率为零时，工作点即为最大功率点。
风力发电系统最大功率追踪控制控制研究 本设计风力发电机的最大功率追踪控制（MPPT）系统，通过分析几种MPPT控制策略的特点，选取合适的算法，获得最大功率输出。本文首先介绍了课题的研究背景及其意义。其次为了方便实验室研究，开展了模拟风速，以及用直流电动机模拟风力机特性的研究工作。 本文介绍了几种最大功率的控制方法：功率信号反馈法、叶尖转速比控制法、三点比较法、爬山搜索法，重点介绍了爬山搜索法，然后又对比分析了三种爬山搜索。通过仿真研究，得出改进的变步长爬山搜索法具有跟踪稳定、效率更高的结论。 目录 风力发电系统最大功率追踪控制控制研究 (1) 1引言 (2) 1.1 课题的背景 (2) 1.2 风力发电发展情况 (2) 1.2.1国外风力发电发展情况 (2) 1.2.2 国内风力发电发展情况 (3) 1.3 风力发电技术发展状况 (3) 1.3.1恒速恒频发电系统 (4) 1.3.2变速恒频发电系统 (4) 1.4 本文的研究内容及研究意义 (4) 1.4.1 本文的研究内容 (4) 1.4.2 本文的研究意义 (4) 2 风力发电系统的分析与模拟 (5) 2.1 风力发电的基本原理 (5) 2.1.1 风力发电的基本原理 (5) 2.1.2贝茨(Betz)理论[6] (6) 2.2 对风速的模拟与仿真 (7) 2.3 对风力机的模拟与仿真 (9) 2.3.1 风力发电机的空气动力学特性 (9) 2.3.2 对风力发电机的模拟与仿真 (10) 2.4 直驱永磁同步发电机的模拟与仿真 (13) 2.4.1 直驱永磁同步发电机的模拟 (13) 2.4.2直驱永磁同步发电机的仿真 (15) 2.5 风力发电系统主电路拓扑 (16) 2.6 本章总结 (17) 3 风力发电系统最大功率追踪方法及仿真研究 (17)
帆板最大功率点追踪控制策略研究概述： 帆板最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）是太阳能发电 领域中的关键技术之一。该研究旨在提高太阳能电池板的效率，确保其在各种光照条件下工作于最大功率点上。本文将介绍帆板最大功率点追踪控制策略的基本原理、常用方法和相关技术的研究进展。 一、帆板最大功率点追踪控制策略的基本原理 帆板最大功率点追踪控制策略的基本原理是通过调整帆板输出电压和电流来使 得帆板工作于最大功率点。太阳能电池板的输出功率由光照强度和电池板电压之间的关系确定，在不同光照条件下，最大功率点的位置会发生变化。 理想的MPPT控制策略应该能够通过实时监测太阳能电池板的输出电压和电流 来识别出当前的工作点，并通过调整电压和电流来实现到达最大功率点的目标。常用的控制策略包括开环和闭环控制。 二、常用的帆板最大功率点追踪控制策略 1. 脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）控制策略 脉宽调制控制策略是最常见的开环控制方法之一。该策略通过调整帆板与负载 之间的连接断开时间来实现功率调整。根据当前的输出功率与预期的最大功率之间的差异，系统会调整连接断开时间的宽度，使帆板的工作点逐渐接近最大功率点。 2. 模糊控制策略 模糊控制策略是一种常见的闭环控制方法，通过模糊化输入和规则化调整来确 定帆板的工作点。模糊控制器可以根据当前的输入和输出误差来调整输出电压和电流，以实现最大功率点追踪。
3. 微分脉宽调制（Differential Pulse Width Modulation，DPWM）控制策略 微分脉宽调制控制策略是一种改进的脉宽调制方法，它利用差分电路来测量电池板输出电压的变化率，并根据变化率的大小调整脉宽调制信号的宽度。通过实时监测输出电压的变化率，DPWM控制策略能够更精确地调整帆板的工作点。 三、帆板最大功率点追踪控制策略的研究进展 近年来，随着太阳能发电技术的快速发展，帆板最大功率点追踪控制策略的研究也取得了一系列的进展。以下是一些相关的研究方向和应用： 1. 智能化控制策略的研究 结合人工智能和机器学习技术，研究人员提出了基于神经网络、遗传算法和模糊逻辑等智能化控制策略。这些策略能够通过学习和调整来优化帆板的最大功率点追踪效果，适应不同的光照条件和环境变化。 2. 多级变换器的应用 多级变换器是一种提高太阳能电池效率和输出功率的有效途径。研究人员利用多级变换器来实现帆板的最大功率点追踪控制，提高整个发电系统的性能。 3. 算法的优化和改进 研究人员通过对传统控制策略的优化和改进，提高了最大功率点追踪的准确性和稳定性。例如，基于模型预测控制、自适应控制和混合优化算法的研究，使得帆板的最大功率点追踪效果更加可靠和高效。 结论： 帆板最大功率点追踪控制策略的研究对于提高太阳能发电系统的效率和稳定性具有重要意义。通过不断研究和改进控制策略，可以实现帆板在不同光照条件下的最大功率输出。今后的研究方向包括继续优化和改进现有的控制策略，结合智能化
光伏发电系统中的最大功率点跟踪技术研究第一章绪论 随着全球能源消耗的不断提高，传统的化石能源已经不能满足人们对能源的需求，而光伏发电作为一种清洁的、可再生的能源形式正在受到越来越多的关注。而在光伏发电系统中，光伏电池的输出功率对于整个系统的性能起着至关重要的作用，其中最大功率点跟踪技术是提高光伏系统转换效率的关键。 第二章光伏发电系统 光伏发电系统包括太阳能电池板、充电控制器、蓄电池和功率逆变器等部分。太阳能电池板是光伏发电系统的核心部分，它将太阳能转化为电能，而充电控制器是对太阳能电池板进行电压和电流的控制，以最大程度地保证太阳能电池板的输出功率。蓄电池的作用是存储电能，以便于在夜间或阴天时使用。而功率逆变器则将蓄电池或太阳能电池板的直流电转换为交流电，以供给家庭或企业使用。 第三章最大功率点跟踪技术 最大功率点（Maximum Power Point，MPP）是指太阳能电池板输出功率最大的电压和电流点。在太阳能电池板输出功率变化的情况下，太阳能电池板的输出电压和电流也随之变化，这使得太阳能电池板的输出功率不断变化。最大功率点跟踪技术
（Maximum Power Point Tracking，MPPT）指的是在太阳能电池 板的输出功率不断变化的情况下，控制充电控制器的电压和电流，以使太阳能电池板的输出功率达到最大。 目前，最大功率点跟踪技术主要包括开环控制技术和闭环控制 技术。开环控制技术主要是通过对光照强度的测量，计算出最大 功率点的位置，进而控制充电控制器的电压和电流。而闭环控制 技术则是通过对太阳能电池板的输出功率进行反馈控制，以使太 阳能电池板的输出功率达到最大。 第四章最优化算法在最大功率点跟踪技术中的应用 最优化算法是一种通过计算出目标函数的最优解来达到最优化 的方法。在光伏发电系统中，最优化算法经常被用于优化最大功 率点跟踪技术。最常见的最优化算法包括PERTURB AND OBSERVE算法、INCREMENTAL CONDUCTANCE算法和HILL-CLIMBING算法等等。 PERTURB AND OBSERVE算法是一种基于开环控制的最大功 率点跟踪技术，该算法通过对充电控制器的电压进行改变，观测 到最大功率点的变化。然而，该算法采用逐一测试的方法来实现 最大功率点跟踪，因此需要更短的测试周期来提高响应速度和准 确性。
储能电池组系统模块最大功率点跟踪算法研 究 储能电池组系统的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）算法是提高储能系统效率的关键技术之一。随着可再生能源的普及和储能技术的发展，储能系统的需求日益增长。在实际应用中，如何有效地跟踪和控制储能电池组系统的最大功率点，成为提高系统运行效率和延长电池寿命的重要课题。 首先，需要了解储能电池组系统及其最大功率点跟踪原理。储能电池组系统由多个电池模块组成，每个电池模块又包含多个电池单体。电池单体的特性曲线通常呈现非线性的V-I（电压-电流）特性，且每个电池单体的特性存在一定的差异。电池组系统通过串联或并联多个电池单体来提高电压和容量，进而满足储能需求。 储能电池组系统的最大功率点跟踪算法主要是通过调整电池组系统电流和电压之间的关系，以获取最大功率点。最大功率点通常位于电池特性曲线的斜率为零的位置，即功率对应的电流和电压满足一定的关系。 常见的储能电池组系统模块最大功率点跟踪算法包括Perturb and Observe （P&O）算法、Incremental Conductance（INC）算法和模糊控制算法等。这些算法在实际应用中各有优劣，需要根据实际情况选择合适的算法。 P&O算法是最为简单且常用的最大功率点跟踪算法之一。该算法通过不断调整电压或电流，以观察功率变化的趋势来寻找最大功率点。其原理是在不同的电压和电流值下，比较该点与上一个点的功率差异，向功率增加的方向调整，直到达到最大功率点。然而，P&O算法在动态性能和稳定性方面存在一定的局限性，容易受到光照变化的影响，导致功率跟踪不稳定的问题。 INC算法是P&O算法的改进版本，能更好地适应不同光照条件下的最大功率点跟踪。INC算法基于电流的导数来推断功率的变化趋势，并相应地调整电压。相
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： 0901******** 许强强助教 中国·珠海 二○一三年五月
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