Simulink开发项1000例实战专栏--实例160：基于 Simulink 的光伏系统最大功率点跟踪（MPPT）控制器设计与仿真
目录
技术文档：利用Simulink平台开发Maximum Power Point（MPP）光伏系统控制器的模拟分析
1. 项目概述
2. 项目需求
3. 系统建模
3.1 光伏阵列模型
3.2 MPPT 控制器模型
4. Simulink 模型设计
4.1 创建 Simulink 模型
4.2 添加模块
4.3 连接模块
4.4 设置仿真参数
5. 仿真与结果分析
6. 参数优化
7. 结论
8. 附录
以Simulink为平台的项目开发实例本次开发将涉及对一个简单光伏系统的最大功率点跟踪（MPPT）控制器进行设计与仿真。本项目将通过技术文档的形式全面记录并详细分析整个开发流程。
以Simulink为平台的项目开发实例本次开发将涉及对一个简单光伏系统的最大功率点跟踪（MPPT）控制器进行设计与仿真。本项目将通过技术文档的形式全面记录并详细分析整个开发流程。
技术报告：利用Simulink实现光伏系统最大功率点跟踪（MPPT）控制器的设计及仿真
1. 项目概述
项目课题名称：以Simulink平台为基础的光伏系统最大功率点跟踪控制器的设计与仿真研究
项目目标 ：设计并仿真一个 MPPT 控制器，用于最大化光伏系统的输出功率。
开发工具 ：MATLAB R2021a, Simulink
开发环境 ：Windows 10
2. 项目需求
功能需求 ：
- 开发一个 MPPT 控制器以实现光伏系统输出功率的提升。
- 确保光伏系统输出电压和电流能够动态跟踪调节。
- 基于仿真平台进行 MPPT 控制器性能评估。
性能需求 ：
- 该控制器可在多种光照及环境温度下精准追踪最佳工作点。
- 该控制器具备快速反应能力和抗干扰性能强。
3. 系统建模
3.1 光伏阵列模型
光伏阵列的主要输出特性可基于 I-V 曲线与 P-V 曲线进行描述。建议采用 Simulink 的'Photovoltaic'模块来进行光伏系统行为建模。
3.2 MPPT 控制器模型
本研究采用增量电导法（Incremental Conductance Method）来实现Maximum Power Point Tracking（MPPT）控制。其中该方法通过比较其光伏阵列的瞬时和增量电导值来调节采样占空比，以追踪最大功率点为目标进行调节。
4. Simulink 模型设计
4.1 创建 Simulink 模型
启动 MATLAB 和 Simulink ：
* 打开 MATLAB。
* 在命令窗口中输入 `simulink` 启动 Simulink 库浏览器。创建新模型 ：
- 从 Simulink 库浏览器中创建一个新的模型文件。
- 将模型文件命名为 PV_MPPT_Controller.slx 并进行保存。
4.2 添加模块
添加光伏阵列模型 ：
- 通过Simulink库浏览器中获取所需组件时，请依次执行以下操作：首先，在Simulink库浏览器中选择" Simscape "库；接着，在其导航栏中找到" Electrical "分支下的" Specialized Technology "子分支；最后，在该子分支下定位到" Photovoltaic "库，并拖拽该模块至模型窗口。
- 安装完成后，请双击" Photovoltaic "模块以调出参数设置界面，并根据实际需求设置相关参数如光照强度、温度等。
添加 MPPT 控制器 ：
- 开发一个子系统以实现增量电导法 MPPT 控制器。
- 在子系统中进行配置，并引入以下关键组件：
- "Sum" 模块用于计算输入电压与参考电压的差值。
- "Gain" 模块对信号进行放大处理。
- "Relational Operator" 用于比较两个信号，并输出比较结果。
- "Switch" 根据比较结果切换不同的路径。
- 具体实现步骤如下：
matlab
深色版本
1. function duty_cycle = mppt_controller(voltage, current, prev_voltage, prev_current)
2. % 计算瞬时电导
3. instant_conductance = current / voltage;
4.
5. % 计算增量电导
6. delta_conductance = (current - prev_current) / (voltage - prev_voltage);
7.
8. % 调整占空比
9. if instant_conductance > delta_conductance
10. duty_cycle = duty_cycle + 0.01; % 增加占空比
11. elseif instant_conductance < delta_conductance
12. duty_cycle = duty_cycle - 0.01; % 减少占空比
13. end
14. end添加 DC-DC 转换器模型 ：
- 在Simulink库浏览器中选择Simscape库后，在Electrical类别下依次选择Specialized Technology和DC-DC Converters子类，并拖拽Buck Converter模块至模型编辑区。
- 使用"Photovoltaic"模块生成的信号驱动"Buck Converter"模块的输入端子。
- 接收来自MPPT控制器控制信号并发送至"Buck Converter"模块的占空比调节端口。
添加输入和输出模块 ：
- 在Simulink库浏览器界面中定位并选中"Scope"组件后
将其拖放至工作区模型图区
以观察光伏阵列的输出电压与电流特性 - 在Simulink库浏览器界面中找到并选中"Math Operations"组件后
将其拖放至工作区模型图区
用于实现输出功率的计算过程
4.3 连接模块
连接光伏阵列和 DC-DC 转换器 ：
- 实现"Photovoltaic"模组的输出与"Buck Converter"模组的输入端子间连线。
- 实现"Buck Converter"模组的输出与负载或电池模型（其中负载和电池模型为可选配置选项）相连接。
连接 MPPT 控制器和 DC-DC 转换器 ：
- 实现‘Photovoltaic’模块输出电压与电流向 MPPT 调节器输入端供电。
- 将 MPPT 调节器的输出发送至‘Buck Converter’模块控制其占空比。
连接 Scope 模块 ：
Solar module的输出电压和电流被接通至Scope module的输入端。
通过Product module的输出与另一个Scope module相连，并用于测量其输出功率特性。
4.4 设置仿真参数
设置仿真时间 ：
- 打开模型窗口后，在右侧菜单栏中找到Simulation选项并点击其子菜单中的Model Configuration Parameters。
- 请将‘Stop time’参数设置为一个合适的时间值，默认情况下此值被设定为10秒。
设置步长 ：
* 在“Solver”选项卡中，选择固定步长或可变步长，设置适当的步长值。5. 仿真与结果分析
运行仿真 ：
* 在模型窗口中，点击“Run”按钮（绿色三角形）运行仿真。观察结果 ：
- 点击每个"Scope"模块并监测光伏阵列的输出电压、电流和功率。
- 评估这些参数是否能稳定在最大功率点，并记录仿真数据。
6. 参数优化
调整 MPPT 控制器参数 ：
- 基于仿真结果对 MPPT 控制器进行参数优化，并详细说明其中涉及的占空比和步长调节。
- 反复进行仿真实验操作直至确保系统运行稳定性和快速响应能力。
记录优化结果 ：
* 记录优化后的 MPPT 控制器参数及其对应的仿真结果。7. 结论
利用 Simulink 开发的 MPPT 控制器经过设计与仿真验证后，在光伏系统中实现了输出功率的最大优化。仿真结果表明，在不同光照及温度环境下进行测试后发现：优化后的 MPPT 控制器不仅能够精准追踪最大功率点，并且在动态变化中始终保持稳定运行状态。