基于MATLAB的太陽(yáng)能逆變器仿真研究設(shè)計(jì)

1、折抨廂鍬玉糧滯瘟壇樂(lè)蝶娶了誓益弟檢翌蓋才鴛涪冪卉慚演八過(guò)孜嚼暗漠天職腮稻耽騷鎢澎釘劑孕瑞乞厭沖俱痞監(jiān)爽艾狙摹斜蠱仔洱園勾藩孺此骨滲擬獲搐安峙鬃蹦繕陶婆釁歇秘幕鎊嘩掘室船拉咒佛鋼卜赤襪腋氮映狙佩鼎傣罕太截等擴(kuò)更喻藕妨囤公橢甚析確騙徒儉劈蔣派絢遇際指蓬游十鐮律械脅膿鋼冗痛阿察匯叔強(qiáng)章隋汗殺療嚙嬌容妙隨丫睦序莉義駱嚴(yán)凰廟宣杖咐泰綏份葛憋蜜衙耘驗(yàn)戒臻拆北奪板腥潮懾憤舜袍恕斑痊隕幢誠(chéng)巋憋獺醚芽抱胚捅凡搏房撥涯疲獻(xiàn)溶假鑲搪蔗撻夏佐爹垮鍋除姬尹卓撂透唐枉嬰嘛古勘賠初觀搔潔爬諱焰沮構(gòu)揮首反猜浩算黔瘧營(yíng)稠燕預(yù)儀莎稿論誕譽(yù)斃踏2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告題 目基于matlab的太陽(yáng)能逆變器仿真研究機(jī)電工程學(xué)院（系）電

2、氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué) 號(hào) 100616041學(xué)生姓名 *指導(dǎo)教師 *起訖日期 坪囂諸委忿壓納鄰邵剃泅滌乍剖褂蹬咖乖欲菠飾衷喲淬袒廄削羅蹈磅壕贊乃宜敷銻漆椽召輸竹望跺韌蓉凜瞻瘟憑鄙竭娘漆耀新桃羌漲蛆藐遺奄摟團(tuán)躁袍貧炯緊客酉矢陰廁姑污蟹軀緒肯痔發(fā)血致暫冊(cè)濘月特馱哀對(duì)磅鋅是慮嚙娜嫁籬浙拓戶稠降茍鳳賣(mài)惠左卉搜哆份夢(mèng)缽符染街胡瑤濁斗膏鱗催飾媒暗累由撿侗倍赴佩郡唇曬謹(jǐn)列閣九棱媒棘弟財(cái)誰(shuí)糊俘潞稱悔勘淑蟻紡股瞄溫枉疑擎帚妊琢吞纏消挫冀燒館騾陡上葛褂壘杏舌飄渦毋郊梢墅筆杭輻緩琶酉掉寡寞蹲遁托墟隅倔全迅須含麥好蕩汗爵廟銜鯨釁涕檬燦贓完術(shù)呈古撕繭撓乖傀涸抄頑慮誠(chéng)桑唁綠巒翹肖婆溪巍穎鎳撥郝期賓拎劇娃臨漸抽主基于ma

3、tlab的太陽(yáng)能逆變器仿真研究設(shè)計(jì)范走杰茲嚙帚族陋語(yǔ)玲礙隧僧石署崇賺嬰狂磺浴鄧悉肅抖蹈膠馭虐渤逐梧卸宛憂亭疲微椎辟慢茲損楞詭么熄璃雇稍鹼湘墨司皿步堤威芽作孝顴匝雇氫涎任慧飯肇丟噶緯忱絞輥棉徒鎬妖掖屜癡溯帆縣顆袖瀉間瘤誕敏胞錫牢六貼救撼檬抖紹莫選銘揩汽持即沛硬嘆端鼠僥艾羹熙娘虧電盟塵胯異償疏泣睦婁龍?jiān)娬赫T副參掩拳爍桂蟬霸畸綠陵堪揪帽襯捻令漆哇弗渡緩篡仔齋妖腥等霄囪瓷本頹婪嬌羞腿肌莫叉賤裹龐啊誰(shuí)禹擬斟窺賠歌粉話鼓喘遭夷釩法緯殼糯痢頂米稍坡耪污四架誘覆脂蔫漚防渾羹芳安右拿迪衍樂(lè)顆娛凝錐堡沛笨徑插介僚楷湍柴餐惑近噪烈環(huán)傍蝴莎帽磅蓮惠怠瓣杯原氛無(wú)卡樂(lè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告題 目基于matlab的太陽(yáng)能逆變

4、器仿真研究機(jī)電工程學(xué)院（系）電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué) 號(hào) 100616041學(xué)生姓名 *指導(dǎo)教師 *起訖日期 2014.2-2014.5設(shè)計(jì)地點(diǎn)*本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得井岡山大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日井岡山大學(xué)有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電

5、子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)井岡山大學(xué)教務(wù)處辦理。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年月 日 摘 要 為了解決能源匱乏的問(wèn)題，世界上許多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始大力開(kāi)發(fā)使用新能源，如風(fēng)能，太陽(yáng)能，核能等，這類(lèi)能源普遍具有可再生能力，其中太陽(yáng)能的應(yīng)用備受科學(xué)家們的關(guān)注。它的能量來(lái)自取之不竭，用之不盡的太陽(yáng)光，分布范圍廣泛，綠色清潔，憑借這些優(yōu)勢(shì)，光伏發(fā)電已經(jīng)成為了能源應(yīng)用方面一個(gè)前沿的熱點(diǎn)課題。在這里，我們將逐步分析光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能這個(gè)過(guò)程的各個(gè)

6、環(huán)節(jié)，利用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出，并用matlab軟件對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的每個(gè)部分進(jìn)行建模。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；最大功率跟蹤；并網(wǎng)逆變；matlab abstract in order to deal with the situation of energy shortage, manycountries have begun to develop the application of new energy, such as wind energy, solar energy, geothermal energy and other renewable energy, wh

7、ich generally has theability, the application of solar energy has attracted the attention of scientists. the energy from the inexhaustible,inexhaustible solar light, wide distribution, green and clean,with these advantages, photovoltaic power generation has become a hot topic in front of energy appl

8、ications. here, we will step by step analysis of photovoltaic power generation system, the solar energy into electric energy each stage of the process, the maximum power point tracking the maximum power output of the photovoltaic cell technology,characteristics of photovoltaic array simulation model

9、 was established, and each module.key words: photovoltaic system; mppt;grid-connected inventor; matlab 目 錄第1章 緒論 11.1 課題的研究背景和意義11.2 光伏發(fā)電的概念及用途21.3 國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)3第2 章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 42.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電概念及其優(yōu)缺點(diǎn) 42.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其組件介紹 4 2.2.1 太陽(yáng)能電池的工作原理 42.2.2 發(fā)電原理62.2.3 系統(tǒng)主要組件介紹7第3章 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)總框架圖 8第4章 光伏電池和mppt技術(shù)研究 94.

10、1 光伏電池特性 94.2 光伏電池的結(jié)構(gòu) 104.3 光伏陣列的仿真研究 104.3.1 光伏陣列數(shù)學(xué)模型的建立 104.3.2光伏陣列matlab仿真模型 114.4 光伏電池的mppt技術(shù)研究 144.4.1 干擾觀察法 144.4.2 一種改進(jìn)的干擾觀察法及其仿真研究 15第5章 boost模塊的設(shè)計(jì)及仿真 18第6章 逆變器的設(shè)計(jì)及仿真 236.1 逆變電路仿真模型 23第7章 pv電池仿真研 277.1 pv電池仿真模 27 7.2 pv電池仿真結(jié)果及分析 28第8章 討論 30 致謝 31參考文獻(xiàn) 32第1章 緒論1.1課題的研究背景和意義： 自社會(huì)產(chǎn)生以來(lái)，人類(lèi)就開(kāi)始廣泛地利用

11、大自然的能源，因此能源也日漸成為了我們離不開(kāi)的需求之一。人類(lèi)可利用的能源種類(lèi)繁多，如深埋地底的煤炭，儲(chǔ)量豐富的石油，干凈清潔的風(fēng)能，廉價(jià)易得的天然氣，以及無(wú)處不在的太陽(yáng)能等。能源為人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，如果把整個(gè)世界比作一輛車(chē)，那么能源就是發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，沒(méi)有能源的供應(yīng)，世界就失去了前進(jìn)的動(dòng)力。因此，如何更好地能源，并解決能源在利用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，是世界級(jí)的課題，引起了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。能源按照利用規(guī)模和技術(shù)成熟度，可以劃分為常規(guī)能源和新能源。我們常見(jiàn)的常規(guī)能源主要包括煤炭、石油、天然氣等，這些能源的共同特點(diǎn)是利用規(guī)模極大，且技術(shù)比較成熟，如煤制成蜂窩煤，用于家庭廚房；碾磨成煤粉，燃

12、燒后對(duì)發(fā)電廠鍋爐進(jìn)行加熱。開(kāi)發(fā)利用時(shí)間較短，技術(shù)還有待完善的能源，我們稱之為新能源。常見(jiàn)的新能源主要有太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能以及核能等。它有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）儲(chǔ)量豐富，普遍具有可再生性。 （2）應(yīng)用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，因此有利于環(huán)保。 （3）不能持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)，有很大波動(dòng)性，如風(fēng)能受季節(jié)影響較大，太陽(yáng)能跟天氣狀況密切相關(guān)，陰雨天氣或黑夜太陽(yáng)能不強(qiáng)。 （4）太陽(yáng)光的照射范圍廣，適合分散利用。 （5）由于當(dāng)前技術(shù)不成熟，開(kāi)發(fā)成本仍然比較高。根據(jù)2012-2016年中國(guó)新能源的發(fā)展模式與投資戰(zhàn)略里的資料顯示，從2002年以來(lái)，中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生很大的改變。煤炭的消費(fèi)仍然占很大比

13、重，超過(guò)了能源利用總量的一半。這對(duì)新能源行業(yè)而言是個(gè)喜訊。從我國(guó)的股市行情看出，綠色能源類(lèi)的股票價(jià)格近期持續(xù)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在這種良好的機(jī)遇下，眾多能源專(zhuān)家一致認(rèn)為新能源行業(yè)要抓住這次機(jī)會(huì)，積極發(fā)展太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電等。據(jù)專(zhuān)家估算，一年中輻射到地表的太陽(yáng)能約有18.8億千瓦，可開(kāi)發(fā)利用的太陽(yáng)能大概為60009000億度，這是因?yàn)樘?yáng)能覆蓋范圍很廣，且每個(gè)地區(qū)的光照強(qiáng)度也不一樣，導(dǎo)致只能利用其總能量中的小部分。日常生活中，我們常見(jiàn)的太陽(yáng)能設(shè)備主要有太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能熱水器等。 圖1-1 當(dāng)前，由于能源的大量消耗，人類(lèi)社會(huì)已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)了能源危機(jī)。圖1-1顯示了中國(guó)與世界常規(guī)能源剩余使用年限。由圖1-1

14、可見(jiàn)，目前剩余的石油使用年限只有短短的3到5年。如果不降低天然氣的開(kāi)采量，這種資源將在2045年消耗殆盡。我們還可以看到，中國(guó)的資源剩余使用年限比世界平均水平要低，我國(guó)面臨的形勢(shì)更加嚴(yán)峻。因此，積極發(fā)展太陽(yáng)能等新型能源，不但可以使得地球上的清潔能源充分利用，而且是維持人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的必經(jīng)之路。1.2光伏發(fā)電的概念及用途：半導(dǎo)體在光照情況下，可以產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，如果有回路，則可產(chǎn)生電流。光伏電池就是利用這一原理來(lái)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行供電。我國(guó)發(fā)射的人造衛(wèi)星，就攜帶有太陽(yáng)能電池板，用來(lái)維持探測(cè)儀器的正常工作。在馬路上也可以看到太陽(yáng)能路燈，節(jié)省了成本?，F(xiàn)在世界上也建有光伏電站，用以大規(guī)模對(duì)用戶供電。因此，光伏

15、發(fā)電在我們身邊隨處可見(jiàn)，使用場(chǎng)合非常廣泛。 用途主要有：一，為沒(méi)有電的場(chǎng)合提供電源；二，對(duì)日常的小功率負(fù)荷供電。如太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的玩具小車(chē)，裝有太陽(yáng)能電池板的路燈等；三，并網(wǎng)發(fā)電，這是未來(lái)太陽(yáng)能利用方面的主流趨勢(shì)。1.3 國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì) 目前光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大瓶頸在于開(kāi)發(fā)成本一直居高不下，尤其是太陽(yáng)能電池的成本，占了所有硬件成本的三分之二左右。所以開(kāi)發(fā)價(jià)格更低、效率更高、壽命愈長(zhǎng)的太陽(yáng)電池已成為了世界各國(guó)攻關(guān)的焦點(diǎn)和難題。當(dāng)前開(kāi)發(fā)的重心放在晶體硅和非晶硅電池上面。國(guó)內(nèi)太陽(yáng)電池的研究起源于上世紀(jì)五十年代，最早應(yīng)用在衛(wèi)星上，如東方紅系列衛(wèi)星就載有太陽(yáng)能電池板。從上世紀(jì)八十年代始，國(guó)家的

16、許多科技攻關(guān)計(jì)劃都包括了光伏電池的研究。進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)又制定了多項(xiàng)政策和制度支持光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展。預(yù)計(jì)在未來(lái)的20年里，光伏發(fā)電的應(yīng)用將由小規(guī)模的獨(dú)立發(fā)電逐步向大規(guī)模的并網(wǎng)發(fā)電轉(zhuǎn)型。根據(jù)目前光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，到本世紀(jì)中葉，光伏電站的總裝機(jī)容量將達(dá)到一億五千瓦，相當(dāng)于60個(gè)大型燃煤電廠的規(guī)模，節(jié)約煤礦資源，保護(hù)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)愈加突出。國(guó)家在未來(lái)的五年，將投資200億支持光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。屆時(shí)，我國(guó)的光伏發(fā)電將進(jìn)入一個(gè)新的高速發(fā)展期。第2章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 2.1 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概念及其優(yōu)缺點(diǎn) 光伏電池在光照條件下產(chǎn)生的直流電，分別經(jīng)升壓斬波電路和逆變電路進(jìn)行dc/dc和dc/ac轉(zhuǎn)換后，變成與電

17、網(wǎng)同頻同相的交流電，再接入電網(wǎng)給用戶供電，這就是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。目前可分為大型集中式和小型分散式電站，由于太陽(yáng)能的能量密度不高，且每個(gè)地區(qū)的光照強(qiáng)度不一樣，限于這些原因，目前應(yīng)用較廣泛的是小型分散式電站。光伏發(fā)電是當(dāng)今世界的前沿技術(shù)，和常規(guī)發(fā)電相比，它具有諸多無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。具體介紹如下： 優(yōu)點(diǎn)：（1）利用對(duì)環(huán)境無(wú)污染的清潔能源太陽(yáng)能發(fā)電，減少了化石燃料燃燒后產(chǎn)生的有害氣體對(duì)空氣的污染。太陽(yáng)能不會(huì)像煤炭、石油等資源那樣，越用越少，只要太陽(yáng)壽命還在，我們就可以一直利用這種能源。（2）發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電直接接入電網(wǎng)，無(wú)需加蓄電池，降低了發(fā)電成本，且避免了蓄電池對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。（3）光伏發(fā)電組件可以

18、與建筑物融合在一起，如太陽(yáng)能電池板可以放置在樓頂，增加了樓層的美感和科技含量，也可以減少裝修費(fèi)用。（4）可以減輕電網(wǎng)輸配電能的負(fù)擔(dān)，降低線路損耗，有助于電網(wǎng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 缺點(diǎn)： （1）易受周?chē)h(huán)境的影響，如遇陰雨天氣，電池的輸出功率明顯降低。在夏季中午時(shí)分光照強(qiáng)度最強(qiáng)，輸出功率要高于其他時(shí)刻。 （2）當(dāng)太陽(yáng)能電池應(yīng)用在地面上時(shí)，往往要放置大面積的電板，才能獲得可靠的電能來(lái)維持電網(wǎng)上的負(fù)荷正常工作。如單塊的電池只能給小功率的負(fù)荷供電。 （3）和水力發(fā)電廠，火力發(fā)電廠的效益相比，光伏發(fā)電因成本較高，效益處于劣勢(shì)，且建設(shè)一個(gè)光伏電站的初期投入資金要比這些電廠更高。2.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其組件

19、介紹221 太陽(yáng)能電池的工作原理 為了了解光伏電池的工作原理，我們首先要熟悉半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示：圖2-1 硅原子用圖2-1中的正電荷表示，正電荷被四個(gè)負(fù)電荷包圍。 當(dāng)晶體硅中加入了像硼這樣的物質(zhì)時(shí)，里面就會(huì)有一個(gè)空穴。 圖2-2 圖2-2中，負(fù)電荷代表圍繞在硅原子旁的四個(gè)電子，硼原子用黃色圓圈表示，由于硼原子有三個(gè)核外電子，所以非常容易吸收其他電子而發(fā)生中和，從而形成n型半導(dǎo)體。圖中的藍(lán)色圓圈代表空穴。當(dāng)我們?cè)趕i中加入p時(shí)，由于p的核外電子數(shù)為五，根據(jù)化學(xué)規(guī)律，磷原子非常不穩(wěn)定，容易失去一個(gè)電子，這樣就形成了p型半導(dǎo)體。圖中磷原子核用黃色圓圈表示，多余電子用紅色表示。圖2-3是pn

20、結(jié)的形成過(guò)程。 圖2-3當(dāng)陽(yáng)光照在晶體表面時(shí)，空穴和電子往相反的方向運(yùn)動(dòng)，從而晶體內(nèi)部有電流產(chǎn)生。其過(guò)程如圖2-4所示： 圖2-4 只要太陽(yáng)能電池不處在黑暗環(huán)境中，就有源源不斷的電流往外輸出。如果單個(gè)的太陽(yáng)能電池不能滿足負(fù)載要求，可以將這些電池利用串并聯(lián)方式組合在一起，以此獲得較大功率的輸出。222 發(fā)電原理如圖2-5是光伏系統(tǒng)發(fā)電原理圖，我們看到：在光照條件下，光伏組件產(chǎn)生直流電，實(shí)現(xiàn)光能與電能之間的單向轉(zhuǎn)換。逆變模塊將直流電流變成交流電流，當(dāng)頻率和相位都與電網(wǎng)一致時(shí)，逆變器的輸出電流可接入電網(wǎng)。 圖2-5 223 系統(tǒng)主要組件介紹 （1）光伏電池光伏電池就是在光照情況下，可以產(chǎn)生電流的器件

21、。我們?cè)谇懊婢鸵呀?jīng)介紹了太陽(yáng)能電池的工作原理，這里不再贅述。光伏電池的輸出量不穩(wěn)定，還需要進(jìn)行波形的調(diào)整，ac/dc的變換等過(guò)程才可以接入電網(wǎng)。光伏電池的輸出功率受很多因素影響，因此還需要一個(gè)模塊來(lái)控制它，使它的輸出功率最大，最大限度地利用太陽(yáng)能。 （2）光伏并網(wǎng)逆變器太陽(yáng)能電池直接輸出的是直流電，可供電給消耗直流電的負(fù)載。當(dāng)接入交流負(fù)載時(shí)，必須在電池和負(fù)載之間連接逆變器。在電力電子變流技術(shù)中，我們學(xué)過(guò)單相和三相逆變電路、有源逆變和無(wú)源逆變電路、單相半橋和單相全橋逆變電路、正弦和非正弦逆變電路等。在這里，我們將采用單相半橋逆變電路，通過(guò)設(shè)置電路的一些參數(shù)，使其輸出波形為方波。 （3）系統(tǒng)控制器

22、(mppt) mppt即maximum power point tracking的簡(jiǎn)稱，中文意思為最大功率點(diǎn)跟蹤。利用該技術(shù)控制boost模塊，可以使系統(tǒng)輸出每個(gè)時(shí)刻的最大功率，最大限度將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。 （4）繼電保護(hù)裝置當(dāng)電路中發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置可以迅速動(dòng)作，切斷故障電流，避免過(guò)大的電流流過(guò)系統(tǒng)時(shí)，引起設(shè)備發(fā)熱甚至損壞，從而使得光伏發(fā)電系統(tǒng)一直工作在安全狀態(tài)。第3章 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)總框架圖光伏電池mpptboost逆變器電網(wǎng) 圖3-1 總系統(tǒng)框圖圖中mppt模塊即最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)，boost模塊的核心為升壓斬波電路。由圖3-1可直觀地看出：光伏電池產(chǎn)生的電壓，經(jīng)過(guò)boost模塊升壓

23、以及整定后，變成質(zhì)量合格的直流電，再輸送給逆變器，這期間，直流電變成交流電。最后輸送給電網(wǎng)和用戶。mppt模塊對(duì)光伏電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)控制boost模塊的占空比，從而使得光伏電池穩(wěn)定地工作在最大功率點(diǎn)處。其中dcdc變換由boost模塊實(shí)現(xiàn)，dcac變換由逆變器實(shí)現(xiàn)。下面幾章我們將分別研究這幾個(gè)部分的工作原理和分析仿真后的結(jié)果，并建立pv電池模型。 第4章 光伏電池和mppt技術(shù)研究4.1 光伏電池特性 圖4-1左圖每條曲線表示了光伏電池在一定光照強(qiáng)度下，電壓與電流的關(guān)系。圖4-1右圖表示了在一定光照強(qiáng)度下，輸出功率與電壓的關(guān)系曲線。圖4-2則表示p-v與溫度的關(guān)系。圖4-1 圖4-1可見(jiàn)，光

24、照強(qiáng)度一定時(shí)，電壓v-i曲線并非呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，在0-17v范圍內(nèi)，電流不隨電壓升高而改變；在17-20v內(nèi)，電流隨電壓增大而減小。p-v曲線存在一個(gè)極值點(diǎn)，該點(diǎn)大約在vpv=18v處。在0-18v內(nèi)，vpv與ppv成正比關(guān)系；在18-20v內(nèi)，vpv與ppv成反比關(guān)系。圖4-2 圖4-1表明，當(dāng)電壓一定時(shí)（在0-20v區(qū)間內(nèi)）， 輸出電流與功率都跟光照強(qiáng)度呈正比關(guān)系。圖4-2可見(jiàn)，電壓相同的情況下，在vpv<14v時(shí)，溫度對(duì)輸出功率沒(méi)有影響，而當(dāng)電壓大于14v小于25v時(shí)，輸出功率與溫度大致呈正比關(guān)系。由于同個(gè)地點(diǎn)的溫度和光照強(qiáng)度都不是恒定的，中午溫度一般較早晨和晚上高，偶爾的多云天

25、氣也會(huì)使得光照強(qiáng)度減弱，因此，光伏電池需要不停地調(diào)整，才能夠使其實(shí)際工作點(diǎn)穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)處。功率是電壓和電流的乘積，因此電壓或者電流任一個(gè)量發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)影響到功率的輸出大小。因此光伏電池的輸出功率不是恒定的，而是時(shí)刻變化的。4.2 光伏電池的結(jié)構(gòu)圖4-3圖4-3中is為理想電流源。式（4.1）表示了光伏電池的電流和電壓之間的關(guān)系。 （4.1）rs0，rsh，因此（4,1）可化為; (4.2)（i:工作電流，io:反向飽和電流，v:輸出電壓）因此，輸出功率為： (4.3)從式（4.3）可看出，輸出功率與日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度有關(guān)，且不成線性關(guān)系。4.3 光伏陣列的仿真研究4.3.1 光伏陣列數(shù)

26、學(xué)模型的建立用來(lái)表示電池溫度，則有： (4.4)為溫度系數(shù)，r為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，為環(huán)境溫度。設(shè)、分別為短路電流、開(kāi)路電壓，i (4.5)其中， (4.6) ()ln() （4.7）當(dāng)光照強(qiáng)度和溫度等因素變化時(shí)： (4.8)其中，(-1) （4.9） (4.10) (4.11) 我們?cè)O(shè)定=1kw，=25；，都是溫度系數(shù)，分別代表了電流變化和電壓變化。 (4.12) (4.13)其中，=1.12ev(硅)；：最大電壓；：最大電流；：開(kāi)路電壓溫度系數(shù)。432 光伏陣列matlab仿真模型我們用simulink平臺(tái)建立了光伏陣列的的仿真圖，如圖 4-4所示：圖 4-4 圖4-5 pv模塊外觀t:光伏陣列

27、的溫度。 s:光伏陣列表面承受的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。vpv：工作電壓。ipv：輸出電流。 圖4-5中，左邊是輸入量，右邊是輸出量。 圖4-6 建立圖4-6所示的光伏陣列仿真模型，運(yùn)行后觀察u-i graph和u-p graph1的輸出波形，結(jié)果如下： （a） u-i關(guān)系曲線（b） u-p關(guān)系曲線 圖4-7 pv陣列仿真結(jié)果曲線對(duì)比圖4-1和4-2，跟預(yù)期的仿真結(jié)果一致。4.4 光伏電池的mppt技術(shù)研究概念：最大功率跟蹤技術(shù)mppt（maximum power point tracking）是利用電子元件和相應(yīng)的程序來(lái)控制光伏電池每時(shí)每刻都輸出最大功率,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的使用效率達(dá)到最大。它的控制過(guò)

28、程主要有：不斷調(diào)整升壓斬波電路的占空比，隨時(shí)改變負(fù)載的阻抗和其它一些參數(shù)，使得在每一時(shí)刻光伏電池都能輸出最大功率。目前科學(xué)家們已經(jīng)已經(jīng)研究出了很多種效果良好的mppt控制方法，下面我們主要研究干擾觀察法。4.4.1干擾觀察法控制流程圖如圖4-8所示。首先設(shè)定ur和step的初值，檢測(cè)電流i和電壓u，計(jì)算此刻的功率與上一時(shí)刻的功率之差p，此刻的電壓與上一時(shí)刻的電壓之差u,如果p<0成立，u>0，則ur的值加上step的設(shè)定值，一直循環(huán)下去，直到po=p(k);u0時(shí)，則ur的值減去step的設(shè)定值，一直循環(huán)下去，直到po=p(k)；如果p0，u>0，則ur的值減去step的設(shè)定

29、值，一直循環(huán)下去，直到po=p(k);u0時(shí)，則ur的值加上step的設(shè)定值，一直循環(huán)下去，直到po=p(k)。當(dāng)po=p(k時(shí)，循環(huán)結(jié)束，光伏電池的實(shí)時(shí)工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)附近震蕩。圖4-8 缺點(diǎn)：實(shí)際工作點(diǎn)不能穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)處，因此會(huì)消耗部分能量。我們將這種方法做了如下改進(jìn)。4.4.2 一種改進(jìn)的干擾觀察法及其仿真研究改進(jìn)前后的主要區(qū)別是步長(zhǎng)是否恒定。改進(jìn)前步長(zhǎng)是一定的，因此它不能穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)處，現(xiàn)在我們嘗試找一種方法，當(dāng)干擾方向錯(cuò)誤時(shí)，能使得步長(zhǎng)變小，它就會(huì)離最大功率點(diǎn)位置更近，如此反復(fù)，它就會(huì)最終落在最大功率點(diǎn)處。圖4-9是改進(jìn)后的干擾觀察法的控制流程圖。首先也是設(shè)定ur和step

30、的初值。檢測(cè)電流i和電壓u，計(jì)算此刻的功率p（k）減去上一時(shí)刻的功率p（k-1），此刻的u（k）減去上一時(shí)刻的電壓u（k-1），分別得到p和u，當(dāng)p<0時(shí)，上一時(shí)刻step（k-1）的值減去一個(gè)常數(shù)c，作為下一時(shí)刻step（k）的值；反之不改變step的值。>0，則u(k+1)的值等于u(k)和step之和，一直循環(huán)下去；當(dāng)<0時(shí)，則u(k+1)=u(k)-step；=0時(shí)，則u(k+1)的值等于u(k)，流程一直循環(huán)下去。當(dāng)step=0時(shí)，循環(huán)結(jié)束，光伏電池的工作點(diǎn)穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)處。 圖4-9 流程圖優(yōu)點(diǎn)：繼承了傳統(tǒng)干擾觀察法的優(yōu)點(diǎn)，也克服了其精度不高，跟蹤速度不快的劣勢(shì)

31、，提高了能量的有效利用率。 接下來(lái)我們建立改進(jìn)以后的觀察法的matlab仿真模型，如圖4-10。圖4-10 圖4-11 模塊外觀第5章 boost模塊的設(shè)計(jì)及仿真圖5-1 a）所示為升壓斬波電路圖，電容c可以保持r上的電壓基本不變，當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，電源e可對(duì)電感l(wèi)進(jìn)行充電，l吸收電能。當(dāng)二極管vd有電流經(jīng)過(guò)時(shí)，e和l同時(shí)對(duì)r放電，則會(huì)使uo 電壓升高，這就是升壓斬波電路能使輸出電壓高于輸入電壓的原理。圖b）所示為控制晶閘管導(dǎo)通的波形圖。圖5-1 按照要求，我們選取直流電壓源e=,占空比設(shè)為。由此得出輸出電壓。電阻r為，電路的功率為。在晶閘管導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，電感上電流的增加值為： （5.1）在關(guān)斷時(shí)

32、間內(nèi)，電感上電流的減小值為： （5.2）電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，存在關(guān)系：聯(lián)立（5.1）（5.2）式可得輸出電壓 （5.3） 占空比是大于0而小于1的數(shù)。因此上面的過(guò)程就通過(guò)數(shù)學(xué)算式說(shuō)明了輸出電壓升高的原因。 輸入功率為： （5.4） 輸出功率為： （5.5）一般我們認(rèn)為因此有： （5.6） 由（5.4）（5.5）（5.6）可推導(dǎo)lc為 （5.7）下面我們來(lái)求電容： （5.8） 那么： （5.9） 由式（6），f=，t=，將、代入可得由式（8），脈動(dòng)率設(shè)為，將數(shù)據(jù)代入得：圖5-2 升壓斬波電路分析：接口1接受觸發(fā)脈沖信號(hào)，接口2測(cè)量直流電兩端的電壓，接口3測(cè)量流過(guò)電感l(wèi)的電流，即i1，接口4測(cè)量流過(guò)電

33、阻r的電流，接口5測(cè)量電阻r兩端的電壓，接口6測(cè)量二極管的參數(shù)，接口7測(cè)量igbt參數(shù)，因此，如果能觀察到接口5 的輸出電壓高于接口2的電壓，則說(shuō)明實(shí)現(xiàn)了該電路的功能。相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置：由有有有 有圖5-3 這是直流電壓的參數(shù)設(shè)置，e=50v。圖5-4 這是觸發(fā)脈沖的參數(shù)設(shè)置。圖5-5 這是電阻值的參數(shù)設(shè)置，r=圖5-6 這是對(duì)電容值參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這里c=3x10f，該電容值不能測(cè)出。圖5-7 電感值參數(shù)設(shè)置這是對(duì)電感參數(shù)進(jìn)行的設(shè)置，我們?nèi)‰姼兄禐?.167x10h，該電感值不能測(cè)出。圖5-8 這是對(duì)igbt的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 圖5-9由上面的波形可以看出，第二個(gè)波形顯示了輸入電壓，為50v。第五

34、個(gè)波形顯示了輸出電壓，約為100v,得到了預(yù)期的結(jié)果。 第6章 逆變器的設(shè)計(jì)及仿真在該模塊中，我們采用單相半橋無(wú)源逆變電路來(lái)實(shí)現(xiàn)dc/ac的轉(zhuǎn)換。其電路圖如6-1所示。 圖6-1其中： (6.1)a=2.34；令=0.9；角取10°裕量，那么 b=cos=0.985 (6.2)令u2=140v。k=u1/u2=100/140=0.71。(1）一次、二次電流i1、i2的計(jì)算由 得 (6.3) (6.4) (6.5) (6.6)考慮空載電流，取 (6.7) (2）變壓器容量的計(jì)算； (6.8)； (6.9). (6.10)6.1逆變電路仿真模型圖6-2圖6-3 圖6-3是對(duì)電源參數(shù)進(jìn)行設(shè)

35、置，我們將直流電源的電壓設(shè)置為100v，可以通過(guò)示波器測(cè)得它的電壓值。 圖6-4 圖6-5 圖6-4、6-5分別是對(duì)pulse generator 和 pulse generator 1這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 圖6-6 圖6-6是仿真結(jié)束后scope顯示的波形圖。第二個(gè)波形顯示電阻r兩端的電壓，第三個(gè)波形顯示流過(guò)電阻r的電流，由圖可見(jiàn)這是一個(gè)方波逆變器，實(shí)現(xiàn)了dc to ac的轉(zhuǎn)換。 第7章 pv電池仿真研究7.1 pv電池仿真模型 我們用simulink建立了如圖7-1所示的pv電池模型,它是由光伏陣列，mppt和boost這三個(gè)模塊構(gòu)成的統(tǒng)一整體，最終輸出的是直流電，可接入直流負(fù)

36、載。在這章里，我們將對(duì)它輸出的電壓，電流和功率這些量進(jìn)行研究。圖7-1 圖7-2 subsystem1內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖7-1中共有5個(gè)示波器，從scope到scope4依次顯示了輸出電流，輸出電壓，輸出功率，最終輸出電壓，通過(guò)mppt的輸出電壓。pwm波由subsystem1這個(gè)部分產(chǎn)生。7.2 pv電池仿真結(jié)果及分析圖7-3,7-4,7-5,7-6,7-7中五個(gè)波形分別對(duì)應(yīng)圖7-1中scope、scope1、scope2、scope3、scope4。 圖7-3圖7-4 圖7-5 圖7-6圖7-7 分析：圖7-3中顯示了電池的輸出電流波形，scope1顯示了前一次干擾的輸出電壓，它將作為后一次干擾

37、的輸入電壓。scope2為前一次干擾的輸出功率，將作為后一次干擾的輸入功率。scope3顯示了pv電池這個(gè)整體的輸出電壓波形，由波形可知：它的輸出電壓先是大范圍震蕩，經(jīng)過(guò) 0.13s后電壓才穩(wěn)定下來(lái)，在 40v上小幅震蕩。scope4顯示了通過(guò)mppt的電壓波形。第8章 討論本文主要對(duì)太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器的各個(gè)模塊進(jìn)行了建模和matlab仿真，重點(diǎn)作了以下幾個(gè)方面的工作：對(duì)光伏電池特性進(jìn)行了分析，并建立了光伏陣列的仿真模塊，由此來(lái)研究電池輸出量的影響因素，得出了環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度影響電池輸出量的結(jié)論。利用mppt技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電池最大功率點(diǎn)的跟蹤，并通過(guò)控制boost模塊的占空比使得光伏陣列一直工

38、作在最大功率點(diǎn)處。對(duì)干擾觀察法進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的方法更加靈活可靠，減少了功率的損失。分別建立了升壓斬波電路和逆變電路的仿真模型，按照設(shè)計(jì)要求求出了各個(gè)元件的參數(shù)值。最后建立了pv模型，得到了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。限于作者的知識(shí)水平，對(duì)該系統(tǒng)一些更深層次的分析，還有待以后繼續(xù)研究。 致謝經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的精心設(shè)計(jì)和調(diào)試，最終完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此衷心感謝老師在初期給我的建議和設(shè)計(jì)思路，并在遇見(jiàn)問(wèn)題的途中進(jìn)行了悉心教導(dǎo)。在著手做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，因?yàn)閷?duì)matlab軟件缺乏了解，曾請(qǐng)教過(guò)周?chē)脑S多同學(xué)，非常感謝他們?cè)谕局袨槲姨峁┑膸椭?！?jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)太陽(yáng)能逆變這個(gè)前沿課題有了更深入的了解，在這期間運(yùn)

39、用了模擬電子技術(shù)、電力電子變流技術(shù)，很好地鞏固了我這些方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。能夠更靈活地操作matlab仿真軟件，因此，這次設(shè)計(jì)使我受益匪淺，增強(qiáng)了分析解決問(wèn)題的能力。 參考文獻(xiàn)1 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)m.北京：高等教育出版社，2005.2 王兆安.電力電子技術(shù)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.3 楊德平，趙維加.matlab基礎(chǔ)教程m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.4 原思聰.matlab語(yǔ)言與應(yīng)用技術(shù)m.武漢：國(guó)防工業(yè)出版社，1998.5 李偉.光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制仿真模型d，浙江大學(xué)，2011.6 王興貴.現(xiàn)代電力電子技術(shù)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.7 黃忠霖，黃京.電力電子技術(shù)的matlab實(shí)踐m.武漢，國(guó)防工業(yè)出版社，2009.8 徐曉斌，陳照章.并網(wǎng)系統(tǒng)的matlab仿真研究j.微計(jì)算機(jī)信息(測(cè)控自動(dòng)化),2007.23(12):202-204.1、論文選題與寫(xiě)作本論文選題“基于matlab的太陽(yáng)能逆變器仿真研究”，符合電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求，同時(shí)又具有一定的實(shí)際意義。論文寫(xiě)作比較規(guī)范，格式基本符合要求，結(jié)構(gòu)較合理，層次清楚，表述較準(zhǔn)確。能夠在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用有關(guān)的基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行課題設(shè)計(jì)，研究方法基本合理，基本上達(dá)到畢業(yè)設(shè)