2.1 最大功率跟踪（MPPT）电路的组成.
2.1.1  组成原理电力论文发表

   太阳能电池(Solar cell )有时也常被称作太阳电池，通常由半导体材料制成，其作用是把太阳能直接转换为直流形式的电能，是光伏阵列中光电转换的最小单元，由于单个太阳电池的功率极小。因此一般不单独作为电源使用。实际应用中是将许多单个太阳电池经过串、并联组合井进行封装后构成太阳电池组件使用。通常光伏电站都由很多这样的光伏阵列组成，而我们必须对每个光伏阵列都进行数据处理和 MPPT 控制，为了使系统更灵活这里采用模块化的设计方法，如果我们为每个采集模块都配一个数据处理模块，增加了系统通讯监控难度，浪费了硬件资源，所以采用可编程器件来增加接口将采集的数据预处理后集中送往 DSP 器件来处理，并完成与上位机的通讯。
整个系统分为：前端功率调整模块、数据处理模块以及通信模块。
2.1.2 组成框图www.51dllw.com
    如图 2-1 所示为前端功率调整模块包括：主回路 DC/DC 变换器，数据采集电路，PWM 驱动电路以及电平转换匹配电路。主回路 DC/DC 变换器主要是 MPPT 的执行电路单元，它负责调整光伏阵列的输出电压使其工作在最大功率点（MaximumPower Point，简记为 MPP）。数据采集电路负责采集电压信号和电流信号，经由电平转换匹配电路送与数据处理模块进行数据处理。
    图 2-2 所示的为系统数据集中处理单元，包括由可编程器件组成的数据接口，高速缓冲器件以及 DSP 器件处理前端采集来的实时数据，并完成与上位机的通讯，便于监控。DSP＋FPGA 结构最大的特点是结构灵活，有较强的通用性，适于模块化设计，从而能够提高算法效率；同时其开发周期较短，系统易于维护和扩展，适合于实时信号处理。在实时信号处理系统中，低层的信号预处理算法处理的数据量大，对处理速度的要求高，但运算结构相对比较简单，适于用 FPGA进行硬件实现，这样能同时兼顾速度及灵活性。高层处理算法的特点是所处理的数据量较低层算法少，但算法的控制结构复杂，适于用运算速度高寻址方式灵活、通信机制强大的 DSP 芯片来实现。同时，由于 FPGA 具有很强大的可配置性， I/O 资源相当丰富低功耗的特点，节省了硬件资源，增加了系统的抗干扰能力。电力论文

DC-DC 变换器
2.2.1  DC/DC 变换器电路分析电力论文
    一般而言传统变换器有三种拓扑电路：Buck,Boost,Buck-Boost。现分别针对这三种拓扑进行分析比较。
(1)  Buck 拓扑电路
    如图 2-3 所示，BUCK 变换器是一种降压斩波器，功率传输由开关管 T 的通断进行控制。若占空比为 D,输出电压UO， 则UO =D Uin可以得出输出电压UO总是第一太阳能电池陈列输入电压Uin。因此Buck电路一般应在高压输入低压输出场合。电力论文
（2） Boost 拓扑电路
图 2-4 所示的是 Boost 变换器电路拓扑结构。Boost 变换器是一种升压斩波器，所用电力电子器件及元件和 Buck 型拓扑基本相同，仅电路拓扑结构不同。其功率传输也由开关管 T 的通断来控制。设占空比位 D，输出电压UO，输入电压为Uin 则有：
                            公式（2-1）
所以 Boost 变换器是输出电压高于太阳能电池阵列输入电压的单管不隔离直流变换器，一般应用在低压输入，高压输出的场合。
（3） Buck-Boost 拓扑电路
    设占空比为 D，输出电压为UO，输入电压为Uin，U=DUin/（1-D），因此Buck-Boost变换器是一种输出电压可以高于或低于太阳能电池阵列的输入电压。其主电路与Buck，Boost 变换器的元器件基本相同，但输出电压的极性与输入电压相反。由于纹波电流的影响，相对于 Buck，Boost 电路次拓扑的工作效率低。与 Buck 电路不同的是：需要额外的二极管防止功率倒流回太阳能电池陈列。如图2-3所示。
由于 Buck 电路的输人端工作在断续状态下，若不加入储能电容，则光伏电池阵列的工作时断时续，不能处于最佳工作状态。加入了储能电容后，
Buck 电路功率开关断开时光伏电池阵列对储能电容充电，使光伏电池阵列始终处于发电状态，此时调节 Buck 电路占空比才能有效跟踪最大功率点，因此储能电容对于利用 Buck 电路实现 MPPT 功能是必不可少的。然而在大功率情况下，储能电容始终处于大电流充放电状态，对其可靠工作不利，同时由于储能电容通常为电解电容，使 Buck 电路无法工作在更高的频率下，增大了 MPPT 装置的体积，使整个系统变得笨重。相比之下，Boost 变换器可以始终工作在输入电流连续的状态下，只要输入电感足够大，则电感上的纹波电流小到接近平滑的直流电流，因此只需加入容量较小的无感电容甚至不加电容，避免了加电容带来的种种弊端。同时， Boost 电路非常简单，且由于功率开关管一端接地，其驭动电路设计更为方便。Boost 电路的不足之处是其输入端电压较低，在同样功率下，输入电流较大，因而会带来较大的线路损耗，但 Boost 电路具有独特的优点，仍然是一种吸引人的方案。
2.3 最大功率点跟踪 MPPT电力论文
    光伏电池的输出特性具有非线性特征，其输出跟光照强度、环境温度和负载有很大的关系在一定的光照和温度条件下，光伏电池可以工作在不同的输出电压，但只有在某一点电压值输出时，它的输出功率最大我们就称此点为最大功率点（maximum power point）。所以在光伏发电系统中提高系统的效率的一个有效途径就是实时调整光伏电池的工作点，使之始终工作在最近功率点附近，我们称这一过程为最大功率跟踪(maximum power pointtracking,MPPT)。电力论文发表
     图 3-6 为光伏电池的基本特性曲线，可以看出电源在较低电压区域内可以视为电流源，在较高电压区域内可以视为电压源，在光照和温度不变的情况下，电池的最大功率点在电流源和电压源的交点处。另外光伏电池在温度不变的情况下，最大功率点随光照强度的增加或降低而增加（或降低）在光照不变的情况下，最大功率点 Pm 将随着温度升高而降低。
下面将针对目前已提出的最大功率跟踪法加以讨论分析，并分别说明其工作原理及其优缺点。
2.3.1 控 制 太 阳 能 电 池 阵 列 的 串 并 联 数
    当负载固定时，改变太阳能电池阵列内部的串并联数，可实现最佳匹配。太阳电池的输出阻抗随着光强变化而变化，光强越大 输出阻抗越小根据硅太阳电池的短路电流与入射光强、光照面积成正比，假设阵列的输出阻抗只随输出电流而变化，而输出电流又近似与光强成正比。所以阵列输出功率最大时，内部的串并联数只取决于光强光强。强时串多并少，光强弱时串少并多。想实现输出匹配要实现多组开关的控制。
2.3.2 CVT 跟踪电力论文
    由前面的分析可知，当不考电力论文虑温度影响时，光伏电池阵列的输出特性如图2-12，可以看出如果不对光伏电池进行控制直接为负载供电时的负载特性曲线如 L，不可能工作在最大功率点。如图中虚线所，点A、B、 C、 D、 E 接近最大功率点。也就是说最大功率点几乎落在同一根垂直线的两侧邻近这就有可能把最大功率点的轨迹线近似地看成电压 U=const 的一根垂直线，如果我们在电池和负载之间加一个控制器使控制器的输出恒定在Um，则电池能基本上工作在最大功率点附近，这种方法就叫做恒定电压控制策略（CVT:ConstantVoltage Tracking）。因此在一定条件下， CVT 不但可以得到比直接带负载达到更高的效率，还可以简化和近似 MPPT 控制 目前在光伏系统中被较多使用。
CVT 方式具有控制简单，可靠性高，稳定性好，易于实现等优点比一般光伏系统可望多获得20% 的电能，较之不带 CVT 的直接耦合要有利得多。但是，这种跟踪方式忽略了温度对太阳电池开路电压的影响，在现实情况中，温度影响是现实存在的是不可忽略的比如季节变换或者当天早中晚的气温都会变换，从而对光伏电池有较大的影响，从而使 CVT 没有办法工作在最大功率附近 效率比较低下随着微电子技术的发展和新技术的出现，CVT将会逐渐被新生的方法取代。
2.3.3 改变输出电压的MPPT
    最大功率跟踪控制策略实时检测光伏电池阵列的输出功率，采用一定的算法预测当前形势下可能的最大功率输出通过改变输出，电压的方法来搜索最大功率点，这样不管太阳能电池的功率怎么变化都可以有效的跟踪到其最大功率点，我们也称这种 MPPT 实现方法为经典 MPPT。
首先从太阳电池的 P-U 曲线入手分析，它是一个以最大功率点为极值的单峰函数，其特点说明我们可以用步进搜索法来寻找最大功率点，即从起始状态开始，每次做一有限变化。然后测量由于变化引起输出量变化的大小及方向，等到辨别了方向以后，再命令被控对象的输入按需要的方向调节，实现自寻优控制.电力职称论文发表
    当负载特性与太阳电池阵列特性的交点在阵列最大功率点相应电压 Um，左边时，MPPT 的作用是使交点处的电压升高；而当交点在阵列最大功率点相应电压Um 之右时，MPPT 的作用是使交点处的电压下降。图2-13 说明了这个动态过程，假设工作点在 U1 处，太阳电池输出功率为 P1，如果使工作点移到U2=U1+△U，太阳电池输出功率为P2然后比较现时功率P2 与记忆功率P1。因为 P2>P1，说明输入信号差U使输出功率变大，工作点位于最大功率值 Pmax的左边，继续增大电压使工作点继续朝右边即Pmax 的方向变化。如果工作点已越过 Pmax 到达 U4，此时若再增加△U则工作点到达 U5，比较结果P5       前边介绍的方法可以经过进一步的提升到微分领域，由于功率电压曲线是一个单峰函数，我们可以知道最大功率点也就是峰点的dp/dv=0,所以也可以利用这进行最大功率跟踪。
    由以上分析可以看出输出电压变化的MPPT 在提高输出功率方面能起到一个比较好的效果，而且由于电压的步长可以设置的比较小，因而能到达一个较高的精度。但是正是由于方法本身的原因，其输出电压是变化的，在对供电电压要求比较严格的场合，比如我们这次的设计要求，就不能满足，所以我们必须采用改进的 MPPT 算法。