光伏最大功率点跟踪系统任务书和开题报告

武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书课题名称：太阳能光伏阵列最大功率点跟踪系统完成期限： 2012 年 10 月 15 日至 2012 年 12 月 20 日学院名称 高等职业技术学院 学 号 1011142121 专业班级 应电 102 班 学生姓名 陈志朋指导教师 张 国 琴 指导教师职称 讲师学院领导小组组长签字一、课题训练内容（ 1） 培养学生收集资料、文献检索的能力，发现问题的能力；（ 2） 培养学生工程开发的能力，制定工作计划和协调组织能力；（ 3） 培养学生综合运用所学专业知识，理论，解决实际工程问题的能力；（ 4） 培养学生原理设计、实验分析或理论推导的能力；（ 5） 培养学生撰写文档的能力；（ 6） 培养学生阅读英语文献的能力和翻译的能力。二、 设计 （论文） 任务和要求 （包括说明书、 论文、 译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）（ 1）查阅课题相关参考文献、技术资料，做好备份，以便以后查找。（ 2）二周上交毕业设计开题报告一份。开题报告内容与学校模板要求一致字数不少于 2000 字；经指导教师检查合格后才能进行后续工作。（ 3）熟悉光伏发电系统的基本组成，掌握光伏阵列发电原理以及太阳能最大功率点跟踪的基本原理。比较各种跟踪策略的原理及优缺点，选择一种好的跟踪策略，在 PSCAD软件平台下实现最大功率点跟踪的仿真。（ 4）完成毕业设计论文，字数不少于 15000字。论文应包括中文摘要、英文摘要、目录、正文、参考文献、附录（可无） 、致谢 7 个部分；具体每一部分的格式严格按照学校教务处模板的规定。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料光伏电池的主要参数（ 1） 在 PSCAD软件平台上设计最大功率点的控制系统的模型。（ 2） 实现最大功率点跟踪功能，实现输出电压基本恒定，输出功率跟随太阳能的最大输出功率。参考资料 : [1] 路甬祥． 明晰科技创新的基础作用支撑我国能源可持续发展 [R] ． 北京： 中科院能源可持续发展战略研讨会， 2007 [2] ． 赵争鸣， 刘建政， 孙晓瑛等． 太阳能光伏发电及其应用 ( 第 1 版 )[M] ． 北京：科学出版社， 2005： 1-18 [3]M ． Meinhardt ， G． Cramer． Past， Presentand Future of Grid ． connected Photovoltaie and Hybrid Power Systems[R] ． Piscataway,NJ ， USA： IEEE， 2000 [4] 赵玉文， 吴达成， 王斯成等． 中国光伏产业发展研究报告 (2006 — 2007)( 下 )[R] ．北京：中国可再生能源发展项目管理办公室， 2008 [5] 高峰， 孙成权， 刘全根． 太阳能开发利用的现状及发展趋势 [J] ． 世界科技研究与发展， 2001， 23(4) ： 35-39 四、毕业设计（论文）进度表武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表序号起止日期 计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期1 2012.10.15-2012.10.25 阅读参考资料， 撰写开题报告2 2012.10.26-2012.11.3 熟悉光伏发电系统总体框图3 2012.11.4-2012.11.13 学习 PSCAD软件4 2012.11.14-2012.11.22 熟悉光伏电池特性，建立光伏电池模型5 2012.11.23-2012.12.4 建立最大功率点跟踪的系统模型6 2012.12. 5-2012.12.12 仿真参数设置及调试7 2012.5.13-2012.12.20 撰写论文武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称太阳能光伏阵列最大功率点跟踪系统学院名称高等职业技术学院 专 业 应用电子技术班级 102 班 学生姓名 陈志朋一、 课 题的意义 ：能源是人类经济文化活动的动力来源。化石能源已被人类使用了数千年，随着人类对能源需求的日益增加，化石能源的储量正日益趋向枯竭。另外，伴随化石能源的使用而出现的环境问题也日趋突出。 为了人类的可持续发展，只能依靠科技进步，大规模的开发利用可再生的清洁能源。太阳能具有储量的 “ 无限性 ” 、普遍存在性、开发利用清洁性及逐渐显露的经济性等优势，它的开发利用最终能解决常规能源，特别是化石能源带来的能源短缺、 环境污染和温室效应等问题， 是人类生活生产的理想替代能源。在可再生能源中，太阳能光伏发电产业是全球发展最快的新兴产业之一，从1996 年到 2006 年的十年间的平均年增长率为 40%，从 2001 年到 2006 年五年的平均年增长率为 45%， 2006 年世界太阳能电池产量达到了 2790MW，总装机容量达到了 8GW。太阳能的开发利用必将在 21 世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担当重任，成为 21 世纪后期的主导能源。太阳能的利用主要包括热利用、化学利用和光伏利用。本文主要研究其光伏利用。太阳能光伏利用的主要形式是光伏发电，有独立供电和并网供电两种工作方式。过去光伏发电大多采用独立供电方式，用于偏远无电地区，而且用于户外和中小系统偏多，易受时间和季节等因素的影响。随着电力电子技术的进步和控制理论的发展，光伏产业发生了巨大的变化，光伏发电系统已成为光伏发电系统的必然发展趋势。在太阳能光伏发电系统中，光伏电池是最基本的环节，若要提高整个系统的效率必须要提高光伏电池的转换效率，使其最大限度地输出功率。然而，光伏电池的 I-V 特性是非线性的，它的输出功率会随着外界环境（温度、光照强度）的变化而变化，为了始终能获得最大的输出功率，所以需要进行最大功率点跟踪。二、 光 伏发电领域的发展状况据记载，人类利用太阳能已有三千多年的历史。然而，真正将太阳能作为 “ 近期急需的能源补充 ” 、 “ 未来能源结构的基础 ” 则是近年来的事。20 世纪 70 年代以来， 太阳能科技突飞猛进， 太阳能利用日新月异。 九十年代以来，国外发达国家重新掀起了发展光伏发电的研发高潮。日本在 1993年将 “ 月光计划 ” （节能计划） 、 “ 环境计划 ” 、 “ 阳光计划 ” 合并成 “ 新阳光计划 ” 。德国在 1995 年安装了容量为 5MW 光伏系统， 1996 年增加了一倍，达到10MW,1999 年扩大到 15.6MW。 1997 年慕尼黑贸易展览中心安装了世界上最大的屋顶并网光伏系统，容量为 1.016MW。 1999 年 1 月德国开始实施 “ 十万屋顶计划 ” 。 2000 年安装光伏系统容量超过 40MW 。 随着大量推行， 现在德国的光伏发电市场已经从探索阶段发展成为繁荣的专业市场。 日本到 1996 年底已经安装 2700 套光伏并网发电系统，每套容量平均为 3KW,到 1997 年末为 1万套，在政府支持下，又开展了 “ 普及住宅光伏系统计划 ” ，在 1999 年底，已在 3 万户住宅顶安装了 120MW 光伏电池组件。我国的太阳能光伏发电技术几乎与世界同步， 也是 70 年代开始将太阳能光伏发电技术应用于民用领域。 中国于 1958 年开始研制光伏电池， 1959 年第一块有实用价值的光伏电池诞生。 1971 年 3 月首次应用光伏电池作为科学实验卫星的电源，开始了光伏电池的应用空间。 1973 年首次在天津港的灯浮标上进行了光伏电池供电的试验，开始了光伏电池的地面应用。 1982 年在甘肃榆中县建成第一座 10KW 光伏电站， 为 200 余户农民提供照明用电； 1992 年，新疆巩留县城示范区全部采用太阳能光伏电源供电，迈出了利用太阳能消灭无电状况的第一步。 1998 年中国通信史上建成的难度最大的兰 — 西 — 拉光缆干线工程， 有 26 个光缆通信站采用光伏电池做电源， 光伏电池组件的总功率达 100KW 。到 2003 年底，我国光伏产业总的生产能力达到 38MW.青海省于2003 年实施送电到乡工程，计划在玉树、果洛、黄南等地建设光伏电站 112座，装机总容量 3943KW ，各电站容量在 10～ 50KW 之间，目前工程正在实施过程中。电站建成以后每天供电 5h 以上，基本解决照明、看电视等日常生活问题。三、 光 伏发电系统的研究内容光伏发电系统是将太阳能电池发出的直流电转化成与电网同频同相的交流电，并且实现既向负载供电，又向电网发电的系统。光伏发电系统由光伏阵列、 并网逆变器、 控制器 (包括光伏阵列最大功率点跟踪及逆变控制 )和继电保护装置四部分组成。本文光伏发电系统的研究内容主要包括光伏电池阵列和最大功率点跟踪（ MPPT, Maximum Power Point Tracking）两个方面的研究：（ 1）光伏电池阵列的研究光伏发电存在这样的问题：光伏电池输出特性受外界环境影响大，温度和光照辐射强度的变化都可以导致输出特性发生较大的变化。所有光伏发电系统都希望太阳能光伏阵列在同样日照同样温度下尽可能多的生产电能，这也是在理论上和实践上提出太阳能光伏阵列的最大跟踪点问题的原因。（ 2）光伏电池最大功率点跟踪的研究根据光伏电池板的输出特性以及光伏电池板受到温度、日照强度等因素的影响转换效率低的特点，研究带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统，通过 MPPT 对光伏电池的输出电流、电压的分析、运算，获得一个幅值变化不大的电压， 该电压与波形发生器产生的三角波通过比较器， 发出一组 PWM 波，调节 DC-DC转换电路的占空比，控制光伏电池的输出电流，从而实现对光伏电池的最大输出功率的跟踪控制，提高光伏发电系统的效率。四、 研 究方法（ 1）研究比较各种最大功率点跟踪方法，选择一种最优跟踪方法（ 2）利用 PSCAD软件，建立光伏发电系统主电路，以及最大功率点跟踪控制电路，最终实现光伏电池阵列的最大功率点跟踪。五、 研 究步骤a)最大功率点跟踪 (MPPT) 算法的选择MPPT的算法有四种： ① 恒定电压控跟踪法； ② 干扰观测法， 简称 P maximum power point tracking; mathematical model; the DC-DC converter circuit