摘要：传统种类能源的持续枯竭和耗损一次性能源所带来的环境污染问题越来越明显，毫无疑问，这促进了人们对新型能源的开发与利用。在其中，由于其安全、可靠、经济、环保兼具的特点，光伏发电系统火速成为近些年来新能源领域研究的焦点问题之一。然而，光伏阵列的输出功率不仅和自身因素有关，而且也受到诸多外部因素的影响，例如光照强度、环境温度以及其所接负载。所以，光伏阵列输出功率的最大化能否保持，与整个光伏发电系统的效率息息相关。本文选取独立光伏发电系统为研究对象，研究的目的在于能让其一直实时工作在最大功率点，为此进行了以下的研究。

在本设计的初期阶段，先对光伏发电进行研究，通过对光伏电池工作原理的学习，进而了解光伏电池等效电路，从而建立光伏阵列的数学模型，在此基础上，进行深入研究，对其进行简化。初期阶段的研究重点在于光伏阵列的输出特性的变化情况与规律，在理想情况下，只需要考虑光照强度以及环境温度两项因素。为了研究这点，本次设计建立了一个基于M函数的光伏阵列的仿真模型。光伏阵列的输出特性会呈现出强烈的非线性，这一特点经由本次仿真得出。

其次，对被广泛使用的几种MPPT算法进行研究，诸如恒定电压法、扰动观察法以及电导增量法，对它们的算法思想进行了一个细致的解析，它们各自的优缺点和适用范围，会得到一个解读。如何利用Buck阻抗变换电路来对MPPT的原理进行实现，在之后也会进行详尽的叙述，给出了Buck电路参数设计的方法，建立了基于Buck电路的 MPPT模型，Buck电路用于光伏阵列MPPT的可行性也会经由仿真结果来证实，同时，负载阻抗匹配问题也会得到指出和解决。论文选取了两种典型的算法，扰动观察法以及电导增量法来进行仿真研究，从仿真结果可以得知它们在外界环境产生变化时，均能迅速且精准的追踪到最大功率点，相比于后者，前者的性能更强且符合要求，但两者都无法同时估计跟踪速度与稳态精度。这一点说明了传统的控制方法也并非不存在问题，为此本文对扰动观察也进行了相应的些许改进。

关键词：光伏发电系统，MPPT，MATLAB仿真，Buck变换器

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 课题研究的背景与意义-1

1.2 世界光伏产业的发展现状-3

1.2.1 国外光伏发电的发展现状-3

1.2.2国内光伏发电的发展现状-4

1.3 MPPT技术研究现状与趋势-5

1.4 本文的主要研究内容及章节安排-5

第二章 光伏发电系统概述-7

2.1 光伏发电系统概述-7

2.1.1 光伏发电系统的特点与组成-7

2.1.2 光伏发电系统分类及应用-8

2.2 光伏电池概述-9

2.2.1 光伏电池分类-9

2.2.2 光伏电池工作原理-10

2.3光伏电池的模型搭建-10

2.4 光伏电池的输出特性介绍-13

2.5 本章小结-15

第三章 MPPT控制策略研究-16

3.1 最大功率点跟踪的原理-16

3.2常见的最大功率点算法研究-17

3.2.1扰动观察法-17

3.2.2电导增量法-18

3.2.3变步长的电导增量法-19

3.3 Buck变换器特性-21

3.3.1 Buck变换器基本工作原理-21

3.3.2 Buck变换器工作模态分析-22

3.3.3 Buck变化器外特性-24

第四章 光伏发电系统及其MPPT的仿真-26

4.1 仿真软件介绍-26

4.1.1 Matlab介绍-26

4.1.2 Simulink介绍-26

4.2 实验过程记录-27

4.2.1 利用MATLAB搭建光伏电池工程模型-27

4.2.2 DC/DC电路模块构建-28

4.3 实验结果处理与分析-29

4.3.1光伏电池的I-V、P-V特性曲线-29

4.3.2 DC/DC电路的仿真效果-32

第五章 总结-35

参考文献-37