光伏组件最大输出功率的控制算法研究及实现

摘要

在能源危机和环境问题的双重威胁下，人类逐渐加大了对新能源的研究和资金投入，光伏发电及相关产业得到了如火如荼的发展，但是光伏组件所处的工作环境会给发电系统运行的稳定性带来许多较为复杂的问题，其中一个问题就是光伏组件的工作点一直随着外部环境的变化而改变，其输出功率不能持续保持在最大输出状态，致使光电转换效率较低。本文以光伏组件的输出功率作为研究主线，以最大输出功率的控制算法和实现为研究目的，展开了较为深入的理论和实验研究。 本文首先较为系统的对课题研究背景进行介绍，指出光伏发电目前存在的部分问题，从而引出本课题的研究现状；然后在分析出光伏组件的工作原理和数学模型的基础上，基于 Simulink 软件，进行建模分析，并根据仿真结果，得到光伏组件的输出特性曲线和影响其运行的主要因素；接下来，对光伏组件最大输出功率的控制原理和几种主流的控制算法进行详细的分析，在此基础上，建立了扰动观察法、电导增量法和发电系统的仿真模型，根据仿真结果，进而比较了两种算法的优越性；在分析了导致扰动观察法不足原因的基础上，提出一种基于功率预测的三段式变步长扰动法，经过仿真分析，该改进算法可以有效解决传统扰动观察法的误判现象，同时具有良好的追踪精度和速度；在理论研究的基础上，设计了一款功率控制器，文中对控制器硬件和软件的设计进行详细分析，同时在硬件电路中提出了一个解决振荡现象的工作模式；最后对功率控制器进行实验测试，实验结果表明该功率控制器使光伏组件输出功率具有明显的提升，验证了光伏组件最大输出功率控制算法的有效性。

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