光伏发电系统直流变换器的设计

光伏发电系统直流变换器的设计摘要太阳能是一种新型的绿色可再生能源，具有储量大、利用经挤、清洁环保等优点。因此，太阳能的利用越来越受到人们的重视，而太阳能光伏发电技术的应用更是人们普遍关注的焦点。近年来，随着国内多个多晶硅生产项目的陆续完成，我国即将实现光伏电池原材料的自给，大规模推广光伏并网发电系统的时代即将到来。目前国内实际应用的光伏发电系统仍以独立系统为主，并网系统则刚刚起步，而且国内自主研制的光伏并网系统存在着系统运行不稳定，可靠性低的弱点而且保护措施不全，容易引起事故，与建筑一体化的问题也没有得到很好考虑。在上述背景下，本文在光伏发电技术方面做了若干设计工作。太阳能电池的输出特性受外界环境因素如光照、温度的影响，为了跟踪太阳能电池的最大功率点，提高太阳能电池的利用率，常在光伏发电系统中加入由最大功率点跟踪算法控制的直流变换环节。本文重点研究了应用于中小功率的多支路、两级式的光伏并网系统的直流变换器。本文在介绍了太阳能电池的发电原理的基础上，探讨了进行最大功率点跟踪的必要性及利用直流变换器实现太阳能电池最大功率点跟踪的原理。在介绍和分析现有的最大功率点跟踪算法之后，本文使用MATLAB对两种常用的最大功率点跟踪算法：扰动观察法和电导增量法进行了仿真研究，进而提出了一种变步长的电导增量法，改善了最大功率点跟踪的动态性能。关键词：光伏并网，最大功率点跟踪，MATLAB建模，直流变换器THEDESIGNOFPHOTOVOLTAICSYSTEMDC/DCCONVERTERABSTRACTThesolarenergyisonekindofgreenandrenewableenergysourcewhichhastheadvantagesofbigreserve,lowcost,anddonotpollutetheenvironment.Therefore,theuseofsolarenergyisattractingmoreandmorepeople’sattentions,andthesolarphotovoltaictechnologyisgenerallythefocusofattention.Inrecentyears,alongwiththecompletionofmanydomesticpolycrystallinesiliconproductionprojectsoneafteranother,ourcountrywillsoonrealizeself-sufficiencyinthematerialofphotovoltaiccells,theeraofpromotinglarge-scalegrid-connectedPVsystemisjustaroundthecorner.Atpresent,theapplicationofthephotovoltaicsystemisstillbasedonindependentonesandgrid-connectedsystemisstillinitsinfancy.Inaddition，thereareweaknessesofInstabilityintherunning,lowreliabilityandlacksofprotectivemeasuresindomesticphotovoltaicsystemandtheproblemofbuildingwithconstructionisnotconsidered.Withtheabovebackground，wehavecarriedoutanumberofstudiesonthesubjectofphotovoltaicpowergenerationtechnology.Theoutputcharacteristicsofthesolarcellareaffectedbyenvironmentalfactorssuchaslight，temperature.Inordertotrackthemaximumpowerpointofthesolarcellstoincreasetheutilizationofthem,theDC/DCconverterswhicharecontrolledbymaximumpowerpointtrackingalgorithmareneededinthesephotovoltaicsystems.ThepaperfocusesontheDC/DCconverterwhichisusedtothesmallormediumsizedmulti-stringtwo-stagegrid-connectedPVsystem.Powersmallandmedium-sizedpowerofmulti-slip,two-stagephotovoltaicgrid-DCconvertersystem.Onthebasisofintroducingthesolarpowergenerationprinciple,thepaperdiscussesthenecessityandtheprincipleofachievingmaximumpowerpointtrackingwithDC/DCconverter.Afterintroducingandanalyzingthecurrentmaximumpowertrackingalgorithm,weresearchtwotypicalofalgorithms,P&OandINCwithMATLABandproposeavariablestepconductanceIncrementmethodtoimprovetheperformanceofmaximumpowerpointtracking.KEYWORDS:grid-connectedPV,MPPT,MATLABsimulation,DC/DCconverter目录TOC\o"1-3"\h\z前言 1第1章直流变换器主电路的设计 5光伏发电系统直流变换器的特点 5系统总体框图 6直流变换器主电路结构的设计 7直流变换器电路元件的选择 10光伏发电系统直流变换器的性能分析 10光伏发电系统直流变换器的器件选择 10小结 11第2章最大功率点跟踪技术 12太阳能电池的特性及MPPT研究的必要性 12太阳能电池的发电原理及特性 12太阳能电池结温和日照强度对太阳能电池输出特性的影响 14太阳能电池最大功率点跟踪研究的必要性及实现原理 15基于直流变换器的MPPT实现原理 16最大功率点跟踪算法 17恒压跟踪法(ConstantVoltageTracking，CVT) 17扰动观察法(Perturb&ObserveAlgorithms，P&O) 18电导增量法(IncrementalConductanceAlgorithm,INC) 19小结 20第3章系统硬件电路建模 21§3.1Simulink的简介 21§3.1.1Simulink基础知识 21Simulink模块库介绍 22系统建模 24太阳能电池的模型和仿真波形 24系统总体建模 26小结 26第4章系统调试和性能分析 27MPPT控制算法仿真过程及结果 27正常光辐照度条件下MPPT的跟踪效果 27低光辐照度的条件下MPPT的跟踪效果 28光辐照强度变化的条件下电导增量法的跟踪效果 29直流变换器主电路的性能测试 30小结 30结论 31参考文献 32致谢 34附录 35前言能源问题始终是倍受我国和世界各国关注的一个热点和难点问题。在现有能源价格不断攀升的情况下，可再生能源具有明显的比较优势和较强的潜在优势，加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源，是“十一五”规划提出的明确任务。光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，也是当前世界上最有发展前景的新能源技术之一，在常规能源成本不断升高的背景下，世界主要国家纷纷出台相关政策和法律鼓励光伏发电的发展。尽管目前世界光伏发电累积装机容量不到世界电力装机总容量的千分之一。但是作为一种可再生的清洁能源，根据预测光伏发电将在二十一世纪超过核电成为最重要的基础能源之一。本文的研究背景和意义世界能源问题和环境危机能源是人类社会生存和发展的基本条件。人类对能源的利用伴随着人类文明进步的全过程，其利用水平也折射出人类文明发展进步的水平。自十八世纪开始的工业革命对石油、天然气、煤炭等化石能源展开了大规模的利用，大大推动了人类社会的发展，促进了生产力水平的提高。从此，化石能源作为生产生活的主要能源走进人类活动的各个层面，同时人类对化石能源的依赖与日俱增。然而，近年来随着世界经济的不断发展和世界人口的不断增长，人类对能源的消耗也在迅速增长。由于化石能源具有不可再生性，其储量正日趋枯竭，单靠对化石能源的开采已难以满足人类日益增长的能源需求[1-3]。此外，化石能源的大量使用己经为人类生存环境带来了严重的后果。化石能源在开采、加工、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，由于大量使用化石能源，全世界每年产生约1亿吨温室效应气体，如果不加控制，温室效应将使南、北两极的冰山融化，导致海平面上升数米，四分之一的人类生活空间将由此受到极大威胁。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，导致酸雨和臭氧层的破坏。酸雨会腐蚀森林、草地以及工厂、住宅、名胜古迹等露天设施，给人类社会造成物质和精神损失；臭氧层的破坏则会导致太阳光中的紫外线成分照射到地球，危及人类和其他生物的生命，给生态系统造成直接的破坏和影响[4]。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。以上种种情况说明，大规模开发化石能源的时代即将成为历史，为了满足未来人类社会对能源的巨大需求，人们必须探索新形式的能源。进入21世纪，新能源的开发己越来越受到人们的重视。新能源又称非常规能源，指传统能源之外的刚开始开发利用或正在积极研究的各种能源形式，例如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭问题具有重要意义。光伏发电的优势太阳能是巨大的无污染能源，地球上每秒钟可获得的太阳能相当于燃烧500万吨煤所发出的热量，其中我国拥有的太阳能资源相当于2万亿吨标准煤。太阳能电池(PhotovoltaicCell)是一种经由太阳光照射后，把光的能量转换成电能的能量转换元件。光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，也是当前世界上最有发展前景的新能源技术之一。对比常规能源及其它类型的新能源，光伏发电具有以下一些优点：太阳能储量巨大，太阳按目前功率辐射能量其时间约可持续100亿年，不存在资源耗尽的问题；光伏发电系统既不会留下固体和液体污染物，也不会向大气中排放废气，是名符其实的无污染、可再生的清洁能源。太阳能的分布广泛，光伏发电系统的建设不受地理条件的限制，可以在负荷中心附近建设，降低电能的传输损耗；基于以上的优点，近年来光伏发电得到了世界各国的普遍认同，为了推动光伏的应用和发展，许多国家推出自己的光伏屋顶计划。这些措施有力地推动了光伏发电产业的发展，特别是近几年，光伏产业以平均每年30％的速度增长，成为世界上发展最快的一个产业。目前，太阳能光伏发电已广泛应用于蓄电池充电、小型光伏联网系统、水泵系统，户用电源、游泳池、供热系统、卫星系统等领域。近年来，随着国内多个多晶硅项目的陆续投产，我国即将实现太阳能电池原材料的自给，我国太阳能发电事业将进入一个新的发展阶段[5]。国内外光伏发电的发展现状及趋势国外光伏发电的发展现状及趋势自20世纪70年代以来，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。在这个过程中，与建筑相结合的并网型光伏发电系统得到了迅速发展。这是由于光伏并网发电可以节省蓄电池，大大降低系统成本和维修成本；建筑物的外壳可以为光伏发电系统提供足够的面积，不需要占用昂贵的土地，而且可以省去光伏发电系统的支撑结构；光伏阵列可代替常规建筑材料，从而节省安装和材料费用：光伏发电系统的安装可集成到建筑物的施工过程，降低施工成本；屋顶光伏发电系统不单独占地，将太阳电池安装在现成的屋顶上，非常适应太阳能能量密度较低的特点，而且其灵活性和经济性都大大优于大型光伏并网发电，有利于普及。鉴于户用型光伏并网系统的以上优点，许多国家相继制定了各自的屋顶计划，以推动本国光伏发电的应用和发展。1990年德国政府率先推出“一千个屋顶计划”。日本政府1994年开始实施“朝日七年计划”，总容量185MWp，1997年又宣布实施“七万屋顶计划”，总容量280MWp。意大利1998年实行“全国太阳能屋顶计划”，总容量50MWp。在这类系统中，规模最大的是1997年6月美国宣布的“百万太阳能屋顶计划”，20lO年将安装101．4万套光电系统，总容量3025MWp。发展中国家也在积极发展利用太阳能，印度于1997年12月宣布推广150万套太阳能屋顶系统[6-7]。国内光伏发电的发展现状及存在的问题从世界范围来说，我国属太阳能资源十分丰富的国家。有关数据表明：全国2/3以上地区年日照数都大于2000小时，太阳能理论上储量高达17000亿吨标准煤/年。尤其是西藏西部地区，年太阳最高辐射量居世界第二，仅仅低于撒哈拉大沙漠，具有利用太阳能资源的良好条件。我国于1958年开始研究太阳电池，并于1971年成功地首次应用于我国发射的东方红二号卫星上，1973年光伏发电开始在地面应用。我国光伏发电的研制开发工作，经过几十年的努力，取得了不小的成就，在光伏水泵系统、通信光伏电源系统、微波中继站，阴极保护光伏电源系统，家用光伏电源系统，风光互补发电系统等的系统技术方面，也取得了不少的研究成果和工程经验。在国家实施西部大开发发展战略和国内绿色环保工业开始升温的背景下，2002年国家计委启动了西部地区送电到乡的项目，耗资近20亿人民币，有力地推进了我国光伏产业的发展。通过国家“七五”、“八五”、“九五”以及“十五”计划，我国已经在户用系统、通信电源、光伏水泵、光伏并网方面取得了一些技术成果。近期国家科技部又把“光伏屋顶并网发电系统”列入了“国家十五科技攻关计划”，并北京建成了20KWp、50KWp等容量等级的光伏屋顶并网系统，成功地实现了并网发电。在大型光伏电站方面，中科院电工研究所于2004年在深圳世博园成功地实施了1MWp容量的大型光伏并网电站[8]。三、本文的主要内容在上述背景下，本文的主要内容工作包括：1．简要介绍了太阳能电池的发光原理及其输出特性，探讨了研究最大功率点跟踪技术的必要性及实现原理，最后简要介绍了几种常用的最大功率点跟踪算法及其优劣。针对于常用的MPPT实现方法：定电压跟踪法、功率回授法、扰动观察法及电导增量法进行了仔细的分析，并在这基础上提出了改进方案：变步长的电导增量法。2．简单介绍应用于光伏发电系统中的Buck变换器、Boost变换器和Buck-Boost变换器三种基本的电路结构，阐述各基本电路的特点和在光伏发电系统中可能的应用场合，并在此基础上设计应用于本设计的变换器。3．使用MATLAB对直流变换器建立仿真模型，以及在此基础上对直流变换器参数的选择和对最大功率点跟踪算法的对比研究。直流变换器主电路的设计光伏发电系统直流变换器的特点直流变换器是使用半导体开关器件，通过控制器件的导通和关断时间，配合电感、电容或高频变压器等器件实现对输出直流电压进行连续改变和控制的变换电路。近年来，随着高频化和软开关、多电平等电力电子技术的发展，直流变换器具备了体积小、重量轻、效率高等优点，因此越来越多地应用于光伏发电系统中。对比常规直流变换器，光伏发电系统直流变换器具有以下特点[9-10]：1．在系统中发挥的作用不同。常规的直流变换器的功能是将不可控的、无法满足系统设计要求的直流电能变换为可控的、满足系统设计要求的直流电能；而应用于光伏发电系统中的直流变换器电路，除需要发挥直流电压变换的作用外，还需要兼顾实现太阳能电池的最大功率点跟踪的功能。2．控制方法不同。常规的直流变换器要求输出电压保持可控，因此闭环控制时，反馈信号一般为输出电压；而在光伏发电系统中，为了实现太阳能电池的最大功率点跟踪控制，直流变换器要通过适当的控制使太阳能电池的输出电压稳定在最大功率点电压附近，即直流变换器的输入电压要稳定在太阳能电池最大输出电压上。因此，当系统采取不同的MPPT算法时，反馈信号可能是变换器的输入电压、输入电流、输出电流或输入功率、输出功率等不同的状态量，一般多采用前馈方式进行控制。3．控制芯片性能不同。常规的直流变换器多为专用芯片提供控制信号，其控制过程较简单，使用模拟信号的集成电路芯片即可满足需要；而光伏发电系统中的DC/DC变换器，由于需要寻优太阳能电池的最大功率点，对控制芯片的计算能力及实时性有较高的要求，因而控制芯片一般为高性能单片机或DSP。4．变换器应具备较高的响应速度。根据太阳电池的工作原理，当光照强度、温度等自然条件改变时，太阳电池的输出功率及最大工作点亦相应改变，由于光照强度、温度等自然条件变化剧烈且无法预估，为了配合光伏发电系统最大功率点跟踪算法更好地实现，直流变换器应能够稳定光伏电池的输出电压，且具备较高的响应速度。系统总体框图所设计的光伏发电系统直流变换器的硬件部分主要由太阳能电池、Boost变换器主电路、电压和电流采样电路、控制电路、驱动电路等五部分构成。其中，Boost变换器主电路的设计属于本文的内容。其系统框图如下：图1-1光伏发电系统直流变换器的总体框图由于实验室没有专用的芯片，本文只涉及直流变换器基础部分的设计，具体包括直流变换器主电路和MPPT算法的设计。图1-1中的数据采集模块、PWM脉冲触发模块等设计到软件程序方面的都没有仔细分析。光伏阵列产生电压、电流经传感器到达采样电路，接着通过A/D转换口采样为数字信号，然后经MPPT算法和PWM口一系列的转换驱动Boost变换器的主电路。直流变换器主电路结构的设计太阳能具有能量密度低的特点，因此在中小功率的光伏发电系统中，一般要求电力电子变换过程中的变换环节尽量少，主电路拓扑结构尽量简单，以尽量提高整个系统的效率。本文设计了应用于光伏发电系统中的Buck变换器、Boost变换器和Buck-Boost变换器三种基本的直流变换器电路结构，并阐述了各基本电路的特点以及在光伏发电系统中可能的应用场合，并在此基础上选择其中的一种电路结构应用于本设计的系统中。除了这三种基本的直流变换器之外还有多种类型的变换器，尽管有诸多优点，但事实上不适合作为中小功率的光伏发电系统的直流变换器[11]。图1-2所示为Buck变换器的电路结构，其中S为开关元件，它的导通与关断由控制电路决定，L和C为储能和滤波元件。在开关S截止时，二极管VD可保证其输出电流连续，所以通常称为续流二极管。当开关S导通时，续流二极管VD截止，电源向负载供电，同时使电感L能量增加，电流流经电感L，一部分向电容充电，另一部分流向负载供电，电路输出电压为。当开关S关断时，续流二极管VD导通，电感L和电容C放电，电流经二极管VD续流，二极管两端电压近似为零。当电路工作于稳态时，输出电压平均值为：=/T=D(1-1)其中：为开关S的导通时间，T为开关周期，D为占空比，0<D<1。由式(1-1)可知：<。这种变换器适合用于太阳能电池输出端电压高而负载电压低的情况。图1-2Buck变换器的电路结构图1-3所示为Boost变换器的电路结构，当开关S导通时，电感L电流增加，电源向电感储存能量，二极管VD截止，电容C单独向负载供电；当开关S截止时，电感电流减小，释放能量，由于电感电流不能突变，产生感应电动势，迫使二极管VD导通，此时电感L与电源一起经二极管VD向负载供电，同时向电容C充电。当电路工作于稳态时，输出电压平均值为：=/(1－/T)=/(1－D)(1-2)其中：为开关S的导通时间，T为开关周期，D为占空比，0<D<1。由于(1－D)>1，故>。这种变换器适用于负载电压高而太阳能电池输出电压低的情况。图1-3Boost变换器的电路结构如图1-4所示为Buck-Boost变换器的电路结构，当开关S导通时，二极管VD截止，电源向电感L供电使其储存能量，负载由电容C供电；当开关S截止时，二极管VD导通，电感L中储存的能量向负载释放，同时给电容C充电，电源不向电路提供能量。当电路进入稳态后，输出电压平均值为：=D/(1－D)=M(1-3)其中，M为Buck-Boost变换器的升压变比。由式(3-3)可知：O<M<∞，因此通过适当控制开关器件的占空比，既可以实现升压变换，也可以实现降压变换。从原理上说,Buck-Boost变换电路具有更广泛的适用范围。图1-4Buck-Boost变换器的电路结构在光伏发电系统中，这三种基本电路广泛应用于太阳能电池的最大功率点跟踪、蓄电池充电、基于直流电机的光伏水泵系统、离网光伏发电系统中的直流光伏照明以及光伏直流输电系统等等。各电路具有结构简单、效率高、控制易实现等优点，但各自的缺点也显而易见：Buck电路只能局限于降压输出的场合；Boost电路与Buck电路互补，它只能实现太阳能电池输出电压升高变换，同时需要有合适的开关控制以免使输出电压升压过高；Buck-Boost电路虽然可以得到较宽的输出电压范围，但增加了开关管电压应力[12]。在光伏发电系统的逆变环节，直流侧母线电压与交流侧输出电压满足如下关系：≈m(1-4)其中：为输出电压基波分量的峰值，m为逆变器的调制比(m≤1)。因此,直流母线电压要大于输出电压基波分量的峰值，通常选为400V，而太阳能电池的输出电压一般较低，由此可知，设计直流变换器稳定工作在升压状态可以使不同功率的太阳能电池得到灵活配置增大光伏发电系统的适用范围。此外，在一天中的早上和傍晚的两个时间段，太阳辐射的强度很低，光伏电池的输出电压和电流均较低，采用工作在升压状态的直流变换器可以显著提高系统的运行时间，提高对光能的利用率。Boost变换器具有变换环节少、效率高的优点，且由于功率开关管一端接地，其驱动电路设计更为方便；由于Buck-Boost变换电路的开关管位于电路的干路上，当开关关断时，太阳能电池输出的电能事实上无法利用。因此，在同等配置下，Boost变换器的实际运行效率高于前者。基于以上分析，对比Buck变换器和Buck-Boost变换器，Boost变换器更适合作为多支路、两级式的光伏并网发电系统的直流变换器。直流变换器电路元件的选择光伏发电系统直流变换器的性能分析一般而言光伏阵列电池的输出电压较低，特别是在一天中的早上和傍晚的两个时间段，太阳辐射的强度很低，导致光伏电池的输出电压和电流均较低。因此前级Boost变换器必须具有高升压变比和高效率的特点。根据太阳电池的工作原理，当光照强度、温度等自然条件改变时，太阳电池的输出功率及最大工作点亦相应改变，在目前的光伏发电系统中普遍应用了最大功率点跟踪算法以提高系统对光能的利用率。由于光照强度、温度等自然条件变化剧烈且无法预估，为了配合光伏发电系统最大功率点跟踪算法更好地实现，Boost变换器应能够稳定光伏电池的输出电压，且具备较高的响应速度。综上，光伏发电系统的工作条件要求Boost变换器应具备高升压变比、高效率和较高的系统动态响应速度的特点。光伏发电系统直流变换器的器件选择电感是Boost变换器的储能元器件之一，对于变换器在开关断开期间保持流向负载的电流发挥着关键的作用。Boost电路中的电感设计有两个基本要求：一是要使电路工作在电流连续工作状态下，二是要保证电感流过峰值电流时不能饱和。本设计电感的值取1.3mH。在Boost变换器工作过程中，电感中电流的波动会导致输入电压即太阳能电池的输出电压也随之波动。这必然会影响光伏电池最大功率点的稳定。输入电容具有存储能量，减少输入纹波的作用，电容值越大则输入端电压的波动越小。我们可以由所需要的输出纹波电压峰峰值确定输出滤波电容的最小值。Boost变换器的开关器件选择的是国际整流器公司的IRFP250N型MOSFET，其最大工作电流为30A，最高承受电压为500V，导通阻抗为0．075Ω。续流二极管选用的是S20LC40型快速恢复二极管，其最大工作电流为20A，承受的最大反向压降为400V，反向恢复时间为50ns。小结本章首先介绍了光伏发电系统直流变换器的特点，并给出了系统总体框图，接着详细说明了应用于光伏发电系统中的Buck变换器、Boost变换器和Buck-Boost变换器的性能，阐述各基本电路的特点和在光伏发电系统中可能的应用场合，并在此基础上设计应用于本设计的变换器。最大功率点跟踪技术太阳能电池的特性及MPPT研究的必要性太阳能电池的发电原理及特性太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换部件才能转换成电能。太阳能电池就是一种直接将太阳能转换为电能的转换部件。它的物理基础是两种不同半导体材料构成的大面积P-N结，以及非平衡少数载流子在P-N结内建电场作用下形成的漂移电流。用适当波长的光照射到半导体P-N结时，半导体吸收光能后，半导体内的原子获得光能后产生电子-空穴对，并在势垒区内建电场的作用下，发生漂移运动而分离，电子被送入N型区，空穴被送入P型区，从而使N型区过剩的电子，P型区有过剩的空穴。这样，就在P-N结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分与内建电场相抵消，其余的使P型区带正电，N型区带负电，这种现象被称为光生伏特效应，故太阳能电池通常又称为光伏电池。这样，P型区和N型区产生的光生载流子，在内建电场的作用下，反方向穿过势垒，形成光电流。理想P-N结的光伏电池电流-电压（I-V）关系如式(2-1)所示：I=[()－1](2-1)其中I为PN结的电流（A）；××J/K）；T是绝对温度（K）。实际上太阳能电池还具有体串联电阻和并联电阻等。考虑到这些因素，通常采用如图2-1所示太阳电池等效电路。实际太阳电池中的电阻等参数是分布参数，但在工程应用中处理为集总参数后，其分析模型的精度仍足够准确，本文不考虑分布参数问题。通过二极管因子A可以考虑等效电路中二极管的非理想P-N结，取值范围[1，5]。在如图设定的电压、电流方向下，可得太阳能电池的I-V特性方程为:I=－{[]－1}－(2-2)由太阳能电池的特性方程式（2-2）可得太阳能电池的I-V特性曲线如图2-2所示，该曲线是分析光伏发电系统最重要的技术数据之一，图2-2表明它具有强烈的非线性性质。图2-1太阳能电池的等效电路图2-2太阳能电池的I-V和P-V特性曲线由太阳能电池的I-V特性曲线可以得到太阳能电池的几个重要技术参数：（1)短路电流()：在给定日照强度和温度下的最大输出电流；（2)开路电压()：在给定日照强度和温度下的最大输出电压；（3)最大功率点电流()：在给定日照强度和温度下对应于最大功率点的电流；（4)最大功率点电压()：在给定日照强度和温度下对应于最大功率点的电压：（5)最大功率点功率()：在给定日照强度和温度下阵列可能输出的最大功率:=×一个光伏电池单元一般只能产生大约0．45V的电压，远低于实际应用所需要的数值。在工程应用中，一般把光伏电池单元通过串联和并联连接成光伏组件，太阳能光伏组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。多个光伏组件可以通过串联和并联阵列。太阳能电池结温和日照强度对太阳能电池输出特性的影响由式(2-2)和图2-1太阳能电池的等效电路可知日照强度和电池结温是影响太阳能电池功率输出的最重要的参数，温度上升将使太阳能电池开路电压下降，短路电流则轻微增大，总体上会造成太阳能电池的输出功率下降，如图2-3和图2-4所示。需要指出的是这里的温度是指太阳能电池结温的变化，而不是指环境温度。图2-5和2-6显示的是不同的太阳光辐射强度下太阳能的输出特性。从图中可以看出，太阳能电池的短路电流与太阳光辐射强度成正比，开路电压(短路电流)之间，这与太阳能电池的材料和制造工艺有关[14、15]。图2-3不同温度下的I-V特性曲线图2-4不同温度下的P-V特性曲线图2-5不同太阳光辐射强度下的图2-6不同太阳光辐射强度下的I-V特性曲线P-V特性曲线太阳能电池最大功率点跟踪研究的必要性及实现原理由前述分析可知，在任何温度和太阳光辐射强度下，太阳能电池总有一个最大功率点，温度(或日照强度)不同，最大功率点的位置也不同。太阳能电池输出的最大功率就是它的额定功率，最大功率点跟踪(theMaximumPowerPointTracking，MPPT)的目的就是使太阳能电池尽可能工作在最大功率点(theMaximumPowerPoint，MPP)所对应的工作状态，将光伏组件产生的最大直流电能及时地尽可能多地加以利用，使光伏发电系统的系统能量利用率尽可能高。太阳能电池的最大功率点跟踪功能对于提高系统的整体效率有着重要的作用，其相关的软硬件在目前实际应用的光伏发电系统中是不可缺少的部分。由上节太阳能电池的P-V特性可知，无论在任何温度和太阳光辐射强度下，太阳能电池的最大功率点总是惟一的，且对应惟一的太阳能电池输出电压值，即最大功率点电压()。当温度(或日照强度)变化时，也随着最大功率点位置的变化而变化。当太阳能电池工作电压小于最大功率点电压时，阵列输出功率随的上升而增加；当大于最大功率点电压时，阵列输出功率随上升而减少。MPPT最主要的任务是寻找合适的控制算法，找到光伏阵列在确定日照和温度条件下输出最大功率时对应的工作电压。同时控制光伏发电系统中太阳能电池的输出电压，使之能够在快速变化的天气条件下有效地跟踪最大功率点电压，从而使太阳能电池尽可能地工作在最大功率点上。MPPT的实现实质上是一个动态自寻优过程。基于直流变换器的MPPT实现原理线性电路如图2-7所示：图2-7简单的线性电路图2-7中负载上的功率为：==×（2-3）将式（2-3）对求导，因为、都是常数，所以求得：=（2-4）当=时，有最大值。对于线性电路来说，当负载电阻等于电源内阻时，电源有最大功率输出。虽然太阳能电池和直流变换器都是强非线性的，但在极短的时间内可认为是线性电路。因此，只要调节直流变换器的等效电阻使它始终等于太阳能电池的内阻，就可实现太阳电池的最大功率输出，也就实现了太阳电池的最大功率点跟踪。从图2-7中可以看出，当=时，两端的电压是/2，这表明若两端的电压等于/2，同样也是最大值。因此在实际应用中，通过调节负载两端的电压实现太阳电池的最大功率点跟踪。实际应用中，由于很难获取各点的等效电阻，一般不采用直接测量等效电阻的方法实现MPPT。在不同的应用系统中，基于直流变换器实现MPPT时依据的变量有所不同，有依据电压偏差控制、依据功率偏差控制、依据电流偏差控制等，这些方法均能等效匹配太阳能电池和直流变换器的等效电阻，实现系统的功率寻优。最大功率点跟踪算法太阳能电池输出的最大功率就是它的额定功率，阵列工作点不同决定了它的输出功率也不同。光伏方阵的最优工作点称为最大功率点，它主要取决于电池板的工作温度和当时的光照水平。最大功率点跟踪(themaximumpowerpointtracking)的最主要的任务是寻找合适的控制算法，找到光伏阵列在确定日照和温度条件下输出最大功率时对应的工作电压。同时能在快速变化的天气条件下有效地跟踪最大功率点，控制电池板尽可能地工作在最大功率点上，将光伏组件产生的最大直流电能及时地尽可能多地加以利用，使光伏发电系统的系统能量利用率尽可能高。MPPT的实现实质上是一个动态自寻优过程。MPPT的算法目前主要有恒压跟踪法、功率回授控制法、扰动观察法、电导增量法、间歇扫描法、最优梯度法等等。本文针对于常用的MPPT实现方法：定电压跟踪法、扰动观察法及电导增量法进行了仔细的分析，并在这基础上提出了改进方案：变步长的电导增量法。恒压跟踪法(ConstantVoltageTracking，CVT)分析图2-6可以看出，在日照强度较高时，诸条曲线的最大功率点几乎分布于一条垂直线的两侧，这说明阵列的最大功率输出点大致对应于某个恒定电压，这就大大简化了系统MPPT的控制设计，即人们仅需从生产厂商处获得数据并使阵列的输出电压钳位于值即可，实际上是把MPPT控制简化为稳压控制，这就构成了CVT式的MPPT控制[16-17]。采用CVT较之不带CVT的工作方式要有利得多，对于一般光伏发电系统可望获得多至20％的电能。CVT控制的优点是：1．控制简单，易实现，可靠性高；2．系统不会出现振荡，有很好的稳定性；3．可以方便地通过硬件实现。但是这种跟踪方式忽略了温度对阵列开路电压的影响，在早晚和四季温差变化剧烈的情况下功率损失会很大，且必须有人工干预才能良好运行，实际上CVT只是一种近似的最大功率点跟踪方法。采用CVT以实现MPPT控制，由于其良好的可靠性和稳定性，目前在独立光伏发电系统中仍被较多使用。随着光伏发电系统控制技术的计算机及微处理器化，该方法逐渐被新方法所替代。扰动观察法(Perturb&ObserveAlgorithms，P&O)扰动观察法(Perturb&ObserveAlgorithms，P&O)是目前实现MPPT常用的方法之一，其原理是给太阳能电池工作电压加一个很小的扰动△V，测量其功率变化，与扰动之前功率值相比，如果功率的值增加，则表示扰动方向正确，可朝同一方向(＋△V)扰动；若扰动后的功率值小于扰动前，则往相反方向(－△V)扰动。通过不断扰动使阵列输出功率趋于最大，即可使太阳能电池的工作点动态地稳定在最大功率点附近,如图2-8所示。扰动观察法的最大优点在于其算法简单，被测参数少，因而被较普遍地应用于光伏发电系统最大功率点跟踪控制。其缺点是系统的工作电压和最大功率点电压之间始终有±△V的存在，在最大功率点跟踪过程中将导致部分功率损失。此外，在程序运行过程中有时会发生“误判”现象。图2-8扰动观察法示意图电导增量法(IncrementalConductanceAlgorithm,INC)电导增量法是利用光伏方阵输出端的动态电导的值()与此时的静态电导的负数(－)相比较，以判断调节光伏方阵输出电压方向的一种MPPT的方法。电导微增法也是一种常用的MPPT算法之一，它是依靠改变光伏方阵的输出电压来达到最大功率点(MPP),因此借助修改逻辑判断式来减少在MPP处的振荡现象，使其能快速适应气候条件的变化。对于功率P有：P=I×V将上式两端对V求导，并将I作为V的函数，可得：==I+V从上式可知，当>0时，V小于最大功率点电压；当<0时，V大于最大功率点电压；当=0时，V为最大功率点电压。即：当V<时：>－(1-5)当V>时：<－(1-6)当V=时：=－(1-7)因此，可以根据上述关系来调整工作点电压而实现最大功率点的跟踪[13]。此跟踪法最大的优点，是当太阳电池上的照度产生变化时，其输出端电压能以平稳的方式追随其变化，其电压晃动较扰动观察法小。不过其算法较为复杂，且在跟踪的过程中需花费相当多的时间去执行A/D转换，这对微处理器在控制上会造成相当大的困难。而且当传感器的精度有限时，满足=－的概率是有限的，将不可避免地产生误差。小结本章介绍介绍了太阳能电池的发电原理以及进行最大功率点跟踪的必要性，探讨了利用直流变换器实现太阳能电池最大功率点跟踪的原理。在介绍和分析现有的最大功率点跟踪算法的基础上，提出了一种变步长的电导增量法，改善了最大功率点跟踪的性能。系统硬件电路建模Simulink的简介Simulink基础知识Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink[18]。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可用来定制的模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。其特点为：1．丰富的可扩充的预定义模块库；2．交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图；3．以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理；4．通过ModelExplorer导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码；5．提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成；6．使用EmbeddedMATLAB模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法；7．使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(NormalAcceleratorRapidAccelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型；8．可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据,模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误；9．图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为。Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。Simulink模块库介绍Simulink的模块库按其功能可以分为以下8类子库：Continuous（连续模块）；Discrete（离散模块）；Function&Tables（函数和平台模块）；Math（数学模块）；Nonlinear（非线性模块）；Signals&Systems（信号和系统模块）；Sinks（接收器模块）；Sources（输入源模块）。其中连续模块（Continuous）包括：Integrator：输入信号积分；Derivative：输入信号微分；Transfer-Fcn：线性传递函数模型；Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型；TransportDelay：输入信号延时一个固定时间再输出；VariableTransportDelay：输入信号延时一个可变时间再输出。离散模块（Discrete）包括：Discrete-timeIntegrator：离散时间积分器；DiscreteFilter：IIR与FIR滤波器；DiscreteTransfer-Fcn：离散传递函数模型；DiscreteZero-Pole：以零极点表示的离散传递函数模型；First-OrderHold：一阶采样和保持器。函数和平台模块(Function&Tables)包括：Fcn：用自定义的函数（表达式）进行运算；S-Function：调用自编的S函数的程序进行运算。数学模块（Math）包括：Sum：加减运算；Product：乘运算；DotProduct：点乘运算；Gain：比例运算；MathFunction：包括指数函数、对数函数、求平方、开根号等常用数学函数；TrigonometricFunction：三角函数，包括正弦、余弦、正切等；Abs：取绝对值；RelationalOperator：关系运算。非线性模块（Nonlinear）包括：Switch：开关选择，当第二个输入端大于临界值时，输出由第一个输入端而来，否则输出由第三个输入端而来。信号和系统模块（Signal&Systems）包括：In1：输入端；Out1：输出端；Mux：将多个单一输入转化为一个复合输出；SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块。接收器模块（Sinks）包括：Scope：示波器；XYGraph：显示二维图形。输入源模块（Sources）包括：Constant：常数信号；Clock：时钟信号；PulseGenerator：脉冲发生器；SignalGenerator：信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波及随意波；SineWave：正弦波信号；Step：阶跃波信号。系统建模太阳能电池的模型和仿真波形本文为更好地设计MPPT算法，特别建立了太阳能电池的仿真模型，分析其电压、电流和功率之间的关系。其仿真模型如图3-1所示，其中表示环境温度，S表示光照强度。Subsystem表示以一个子模块，用来设置参考温度和光照强度的值。XYGraph用来显示电压和电流、功率的二维关系图。ToWorkplace表示把数据写成矩阵输出到工作空间。图3-1太阳能电池仿真模型仿真过程中通过调整模型的各个参数，绘制光伏太阳能电池的U-I特性曲线和U-P特性曲线，其中两个输入端用来设定光照强度和温度的值，以便仿真光伏电池在不同的光照和温度条件下光伏电池的工作情况。仿真波形如图3-2、3-3所示：图3-2U-I特性曲线图3-3U-P特性曲线由仿真模型可以看出：通过检测光伏模块的输出电流，而后再与电压相乘，即可得到光伏模块的功率P，最后利用XYGraph显示U-P二维图形。系统总体建模利用仿真软件对所设计的方案进行仿真分析是一种重要的研究手段。在进行实际的设计之前，仿真研究可以验证所选方案的可行性及理论分析的结果，研究系统的控制算法。在以上分析的基础上，本文研究了多支路两极并网逆变系统的直流变换器，基于MATLAB/Simulink建立了系统的仿真模块，其中负载两端并联有400V的直流电压源，用于模拟直流母线电压以提供直流变换器进行最大功率点跟踪时所需要的参照电压(在实际的光伏发电系统中，该功能一般通过并网逆变器或蓄电池实现)，同时与直流变换器一起为阻性负载供电。图3-4光伏发电系统直流变换器的总体建模图如图3-4所示即为光伏发电系统直流变换器的总体仿真图，其中PVpanel模块为封装后的太阳能电池的外观仿真模型，DC/DCConverter模块为Boost变换器的外观仿真模型、MPPT模块为MPPT算法的外观仿真模型以及PWM为PWM控制的外观仿真模型。小结本章首先详细介绍了Simulink的基础知识和它的模块库，在此基础上，基于MATLAB/Simulink建立了太阳能电池和系统的仿真模块，说明各个模块的作用，并绘制了太阳能电池的仿真波形。系统调试和性能分析MPPT控制算法仿真过程及结果分析光伏发电系统工作性能的一个重要手段就是测试系统在不同天气条件下的稳态和动态特性。本文在进行MPPT算法对比研究时，选取了三个有代表性的天气条件，分别为正常光辐照度条件、低光辐照度的条件和阳光辐照强度剧烈变化的条件，分别考察两种MPPT算法在此三种条件下对太阳能电池最大功率点进行跟踪的性能[19]。正常光辐照度条件下MPPT的跟踪效果光伏组件在输出峰值功率时其两端电压为34V，为了提高Boost变换器的工作效率，在仿真过程中，光伏阵列以三块串联的连接方式接入电路以提高光伏阵列的输出电压。MPPT的控制算法依次采用扰动观察法和电导增量法进行仿真，得到光伏阵列两端电压的仿真曲线如图4-1所示：（a）扰动观察法（b）电导增量法图4-1正常光辐照度条件下MPPT的跟踪效果容易求得该状态下太阳能电池的最大功率点电压为102V。由图4-1可知，在正常光辐照度条件下，两种MPPT的控制算法都能及时、准确地跟踪光伏阵列的最大功率点电压，表明两者的动态响应特性均较出色。但在稳态条件下，相对而言，由扰动观察法所得电压曲线在稳态条件下有较大的波动，说明扰动观察法只能使光伏阵列两端电压动态地稳定在最大功率点电压附近，始终存在一定的跟踪误差，在MPPT的过程中会导致部分功率的损失。低光辐照度的条件下MPPT的跟踪效果在一天中的早上和傍晚的两个时间段，太阳辐射的强度很低，导致光伏电池的输出电压和电流均较低，若光伏发电系统无法对该时间段光伏电池的输出功率加以利用，会造成功率的无谓流失，降低了太阳能的利用率。因此，研究低电流条件下Boost变换器的工作状况，探寻在低电流条件下提高Boost变换器输出功率的方法，对于提高光伏发电系统的工作效率有重要的意义。在光辐照度很低的条件下，光伏组件的输出电压大幅下降，为了满足直流母线对电能的要求，需要Boost变换器工作在高电压变比的状态。Boost变换器的稳态电压变比与占空比的关系可知：当Boost变换器工作在高电压变比的状态时，电压变比对占空比的变化更敏感，若占空比仍以固定步长变化，则电压的波动将会增大，导致Boost变换器不能有效地跟踪光伏组件最大功率点的变化。为了兼顾Boost变换器的响应速度和低光辐照度条件下的工作性能，本文采用变步长的控制策略，在低光辐照度条件下，牺牲Boost变换器的响应速度，实现MPPT的稳定跟踪；在正常光辐照度条件下，由于变比对占空比的变化不很敏感，故采用相对的大步长控制占空比的变化，实现MPPT的稳定跟踪。本文选择I=0．5A作为光伏发电系统正常工作时光伏发电系统输出电流的最小值，对光伏模块进行仿真可知，该条件下光伏阵列最大输出功率为18.9W，最大功率点电压为47.4V。改进了控制策略之后，MPPT的跟踪效果如图4-2所示。由图4-2可知：在低光辐照度的条件下，以扰动观察法作为MPPT控制算法的光伏发电系统在低光辐照度条件下的稳态工作状态恶化，所得的光伏阵列两端电压的仿真曲线有非常剧烈的波动，已经完全无法使光伏阵列两端电压稳定地工作在最大功率点电压附近，说明以扰动观察法作为MPPT控制算法的光伏发电系统无法有效地利用低光辐照度的条件下光伏阵列所产生的电能。(a)扰动观察法(b)电导增量法图4-2低光辐照度的条件下MPPT的跟踪效果而以电导增量法作为MPPT控制算法的光伏发电系统的端电压则稳定地工作在最大功率点电压附近，通过以上仿真实验及分析可知，在不受硬件条件制约的前提下，电导增量法与扰动观察法相比有更好的跟踪性能。光辐照强度变化的条件下电导增量法的跟踪效果设定光伏阵列的在0．7s的时间内由7．48A降为5A，即的变化率为3．54A/s。已知光伏阵列在为7．48A和5A的条件下最大功率点电压分别为100．1V和95．8V。图4-3阳光辐照强度变化的条件下电导增量法的跟踪效果电导增量法的跟踪效果如图4-3所示。由图4-3可知，即使在光辐照强度剧烈变化引起光生电流强烈变化的情况下，以电导增量法作为MPPT控制算法的光伏发电系统仍能较好地跟踪最大功率点的变化，只是在过渡阶段存在一定的电压波动。在此条件下扰动观察法的跟踪效果与图4-3的特征相似，只是稳态情况下电压波动依然较大。电导增量法的缺点是算法较复杂，在硬件上对控制芯片和传感器的性能有更高的要求。但是鉴于电导增量法的诸多优点，因此本文选择改进后的变步长电导增量法作为所设计的光伏发电系统直流变换器的MPPT控制算法。直流变换器主电路的性能测试变换器在大部分工作状态下均能保持较高的效率。在变换器器件开关的占空比较小时，由于输入功率较低，电路的导通损耗在总输入功率中占较大的比例，导致变换器的效率略低于其他工作状态。当变换器开关器件的占空比超过80％时，变换器的效率出现大幅下降，当占空比升高至85％时，变换器的效率仅能达到76％左右，说明随着变换器开关器件占空比的增大，器件的开关损耗也相应在增加[20-24]。小结本章主要介绍系统性能的分析和调试，验证设计的可行性。首先验证MPPT算法的正确性，分别选取正常光辐照度条件、低光辐照度的条件和阳光辐照强度剧烈变化的条件，分别考察扰动观察法和电导增量法在此三种条件下对太阳能电池最大功率点进行跟踪的性能，从而得到电导增量法的实用性。最后对所设计的Boost变换器进行了性能测试，测试不同占空比下变换器的效率，验证Boost变换器的性能。结论近几年，能源问题越来越严重，全世界开始了对新能源的开发和利用。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，具有储量大、寿命长、无污染的优点，将太阳能应用于发电因而成为人们普遍关注的焦点。在上述背景下，本文在光伏发电系统直流变换器方面作了若干设计，在综合比较现有光伏发电系统的各自结构特点和性能特点的基础上，针对系统的前级直流变换装置进行了比较深入的研究。本文完成了以下方面：1．分析了太阳能电池的工作原理以及进行最大功率点跟踪的必要性。在介绍和分析现有的最大功率点跟踪算法的基础上，提出了一种变步长的电导增量法，改善了最大功率点跟踪的性能；2．本文的重点工作是对所提到的光伏并网系统的前级直流变换器进行设计。在完成了总体设计之后，本文使用MATLAB对所采用的方案进行了仿真研究，包括直流变换器的仿真模型的建立，最大功率点跟踪算法的建立以及在此基础上对直流变换器参数的选择和对最大功率点跟踪算法的对比研究。3．在上述工作的基础上，本文对所设计的硬件进行了相关测试和试验工作，验证了系统设计及相关硬件设计的可行性。本文的缺点和不足之处：由于缺少专用的DSP芯片，所设计的直流变换器未能实现软件方面的设计，而软件方面的设计主要是以TMS320F2812型工业控制专用的32位定点DSP作为控制核心编写的控制程序，包括：太阳能电池最大功率点跟踪程序、AD信号采样程序、PWM脉冲触发模块、故障诊断程序以及相关的抗干扰设计。参考文献[D]:[博士学位论文]．合肥工业大学电气与自动化工程学院，2003王长贵．世界光伏发电技术现状和发展趋势[J]．新能源，2000，22(1)：44-48陈维，沈辉，邓幼俊．光伏发电系统中逆变器技术应用及展望[J]．电力电子技术，2006，40(4)：130-133李晓刚．中国光伏产业发展战略研究[D]．吉林大学管理学院，2007郑诗程．光伏发电系统及其控制的研究[D]:[硕士学位论文]．合肥工业大学，2004董密，罗安．光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法[J]．电力系统自动化．2006，30(20)：97-102汪海宁，苏建徽，丁明，等．光伏并网功率调节系统[J]．中国电机工程学报，2007，27(2)：75-79王飞，余世杰，苏建徽．太阳能光伏并网发电系统的研究[J]．电工技术学报．2005，20(5)：72-74朱腾．基于MPPT的光伏电池电力应用系统的研究与设计[D]：[硕士学位论文]．东华大学，2005吴理博，赵争鸣，刘建政，等．单级式光伏并网逆变系统中的最大功率点跟踪算法稳定性研究[J]．中国电机工程学报．2006，26(6)：73-77李晶，窦伟，徐正国，等．光伏发电系统中最大功率点跟踪算法的研究[J]．太阳能学报．2007,28(3)：268-273孔娟．太阳能光伏发电系统的研究[D]：[硕士学位论文]．青岛大学，2006叶满园，官二勇，宋平岗．以电导增量法实现MPPT的单级光伏并网逆变器[J]．电力电子技术．2006，40(2)：30-32赵庚申，王庆章，许盛之．最大功率点跟踪原理及实现方法的研究[J]．太阳能学报．2006，27(10)：997-1001陈兴峰．多支路并网型光伏发电最大功率跟踪器的研究[D]：[硕士学位论文]．中国科学院研究生院，2005崔岩，蔡炳煌，李大勇等．太阳能光伏系统MPPT控制算法的对比研究[J].太阳能学报．2006，27(6)：536-539傅诚，陈呜，沈玉樑等．基于输出参数的光伏电池最大功率点控制[J]．电工技术学报．2007，22(2)：148-152吴海涛，孔娟，夏东伟．基于MATLAB/Simulink的光伏电池建模与仿真[J]．青岛大学学报(工程技术版)．2006，21(4)：74-77李炜，朱新坚．光伏系统最大功率点跟踪控制仿真研究[J]，计算机仿真．2006，23(6)：239-243刘树林，刘建，杨银玲，等．Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析[J]．中国电机工程学报，2006，26(5)：119-124朱峰，龚春英．单周期控制BoostDC/DC变换器分析与设计[J]．电源技术应用，2007，10(2)：5-9汪岭．DC/DC升压变换器设计[D]：[硕士学位论文]．上海交通大学微电子学院，2007汪令祥．光伏发电用DC/DC变换器的研究[D]：[硕士学位论文]．合肥工业大学，2006赵宏，潘俊民．基于Boost电路的光伏电池最大功率点跟踪系统[J]．电力电子技术．2004，38(3)：55-57贺冬梅，蔡丽娟，陈灵敏．几种Boost电路的功率损耗分析与实验研究[J]．电力电子技术．2005，39(6)：70-74谢文涛，张东，吕征字．光伏发电系统中前端DC/DC变换器的设计[J]．机电工程.2007，24(9)：101-104周雪松，郭润睿，马幼捷．光伏系统直流变换器的建模与仿真[J]．天津师范大学学报．2008，28(2)：59-63致谢大学四年的生活即将结束，心中充满了感激，求学历程是艰苦的，但又是快乐的。四年一个轮回，毕业论文正代表着大学的终结，完成它既有一种收获感，又有一种失落感，可无论如何，它代表着我四年的努力，代表了我四年的历程。当它终于完工的时候，我不禁想起了很多人，很多事，尤其是辛勤培养我的老师们，谢谢您们！这次毕业论文能够得以顺利完成，并非我一人之功劳，是所有指导过我的老师，帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这里对他们表示深深的谢意！特别要感谢我的毕业设计指导教师——田葳老师，感谢她在此论文撰写过程中，对我的指导与督促，同时感谢她对我的谅解与包容。没有她悉心指导就没有这篇论文的顺利完成。感谢田老师一直给予我的指导和帮助，从论文的选题、文章的结构及编排、论文的内容研究直到最后的成文，都给予了我细致的指导。她严谨的治学态度和认真负责的态度都使我受益匪浅。感谢全体同学和身边每一个朋友的陪伴以及对我的关心和帮助，帮我改掉身上的缺点，让我长大，也让我的大学生活多姿多彩，再次向所有关心支持、指导帮助过我完成论文的老师和同学，表示最诚挚的谢意！最后，感谢所有相关资料的编著者，感谢您们让我顺利完成了论文！附录外文资料原文AT89S52Features•CompatiblewithMCS-51Products•8KBytesofIn-SystemProgrammable(ISP)FlashMemory–Endurance:10,000Write/EraseCycles•4.0Vto5.5VOperatingRange•FullyStaticOperation:0Hzto33MHz•Three-levelProgramMemoryLock•256x8-bitInternalRAM•32ProgrammableI/OLines•Three16-bitTimer/Counters•EightInterruptSources•FullDuplexUARTSerialChannel•Low-powerIdleandPower-downModes•InterruptRecoveryfromPower-downMode•WatchdogTimer•DualDataPointer•Power-offFlag•FastProgrammingTime•FlexibleISPProgramming(ByteandPageMode)•Green(Pb/Halide-free)PackagingOp