1、實驗目的

1. 熟悉光伏電(diàn)池的數(shù)學模型和(hé)仿真實現方法；
2. 了解DC-DC變換器(qì)；
3. 了解最大(dà)功率點跟蹤（MPPT）技(jì)術(shù)；
4. 基于低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)實現光伏最大(dà)功率點跟蹤控制(zhì)；
5. 實現Simulink模型與低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)的硬件在環仿真。

2、實驗原理(lǐ)

光伏陣列的輸出功率特性P-V曲線如下圖所示，由圖可(kě)知當光伏陣列的工作(zuò)電(diàn)壓小(xiǎo)于最大(dà)功率點電(diàn)壓時(shí)，光伏陣列的輸出功率随陣列端電(diàn)壓的上(shàng)升而增加；當陣列的工作(zuò)電(diàn)壓大(dà)于最大(dà)功率點電(diàn)壓時(shí)，陣列的輸出功率随陣列端電(diàn)壓的上(shàng)升而減小(xiǎo)。最大(dà)功率點跟蹤（maximum power point tracking, MPPT）實質上(shàng)是一個(gè)自尋優過程，即通(tōng)過控制(zhì)端電(diàn)壓，使光伏陣列能在各種不同的日照和(hé)溫度環境下智能化地輸出最大(dà)功率。

光伏電(diàn)池P-U特性示意圖

光伏陣列的開(kāi)路電(diàn)壓和(hé)短(duǎn)路電(diàn)流在很(hěn)大(dà)程度上(shàng)受日照強度和(hé)溫度的影(yǐng)響，系統工作(zuò)點也會(huì)因此飄忽不定，這必然導緻系統效率的降低(dī)。為(wèi)此，光伏陣列必須實現最大(dà)功率點跟蹤控制(zhì)，以便陣列在任何當前日照下不斷獲得(de)最大(dà)功率輸出。基本的最大(dà)功率點跟蹤算(suàn)法有(yǒu)恒定電(diàn)壓法、擾動觀測法和(hé)增量電(diàn)導法等，本次仿真通(tōng)過增量電(diàn)導法來(lái)實現。

增量電(diàn)導法的思路是通(tōng)過調整工作(zuò)點的電(diàn)壓，使它逐漸接近最大(dà)功率點的電(diàn)壓。光伏陣列的電(diàn)壓功率曲線是一個(gè)單峰的曲線，在輸出功率最大(dà)點處，功率對電(diàn)壓的導數(shù)為(wèi)零，要尋找最大(dà)功率點，僅需在功率對電(diàn)壓的導數(shù)大(dà)于零的部分增加電(diàn)壓，在功率對電(diàn)壓的導數(shù)小(xiǎo)于零的部分減小(xiǎo)電(diàn)壓，在導數(shù)等于零或很(hěn)接近零時(shí)保持電(diàn)壓不變即可(kě)。

3、實驗模型

本實驗的Simulink模型搭建如下圖所示：

圖中的mpptCtrl是S-函數(shù)模塊，實現仿真模型與控制(zhì)器(qì)的通(tōng)信功能，控制(zhì)器(qì)采集光伏輸出電(diàn)流和(hé)電(diàn)壓數(shù)據，控制(zhì)信号輸出到PWM模塊，通(tōng)過調整PWM波形對光伏輸出電(diàn)壓進行(xíng)控制(zhì)。

4、實驗步驟

低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)的特點在于不需要對控制(zhì)器(qì)進行(xíng)代碼的編寫，隻要在excel文件之中進行(xíng)測點配置、通(tōng)信通(tōng)道(dào)和(hé)AOE配置就可(kě)以實現相應的控制(zhì)。

将控制(zhì)器(qì)電(diàn)源線與電(diàn)源相連，打開(kāi)電(diàn)源開(kāi)關，再用網線将控制(zhì)器(qì)與計(jì)算(suàn)機連接，就可(kě)以使用。利用發現工具獲得(de)控制(zhì)器(qì)ip，如下圖所示：

當控制(zhì)器(qì)啓動并接入計(jì)算(suàn)機，被計(jì)算(suàn)機發現後，可(kě)以得(de)到如下界面（打開(kāi)一個(gè)浏覽器(qì)，并輸入控制(zhì)器(qì)地址也可(kě)以得(de)到如下界面）。

點擊界面中控制(zhì)器(qì)id，進入控制(zhì)器(qì)配置界面，選擇并導入已編寫好的測點、通(tōng)道(dào)和(hé)AOE配置文件（excel文件另存為(wèi).csv格式文件後使用，可(kě)點擊附件配置文件和(hé)仿真模型.zip下載配置文件和(hé)仿真模型，其中points-aoe-mppt.csv為(wèi)測點配置文件，tcp-mbd-transport.csv為(wèi)通(tōng)道(dào)配置文件，aoe-mppt.csv為(wèi)AOE配置文件，mpptdemo.slx為(wèi)仿真模型，mpptCtrl.m為(wèi)S-函數(shù)源文件），點擊界面中的“reset”即可(kě)保存配置并運行(xíng)控制(zhì)器(qì)。

5、運行(xíng)仿真

先運行(xíng)低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)，再運行(xíng)Simulink模型，進行(xíng)仿真，得(de)到的光伏輸出功率仿真結果如下圖所示。

 由上(shàng)圖可(kě)見，經過控制(zhì)後，光伏輸出功率成功調整保持在最大(dà)功率點，并可(kě)對環境參數(shù)的變化進行(xíng)快速響應，調整至新的最大(dà)功率點。

本實驗利用低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)實現了光伏最大(dà)功率點跟蹤控制(zhì)，其中AOE控制(zhì)網絡的建立十分直觀，通(tōng)過這個(gè)網絡可(kě)以清晰展示控制(zhì)過程的所有(yǒu)步驟，且控制(zhì)功能實現無需複雜編程，适合非編程技(jì)術(shù)背景的人(rén)員學習使用。