手把手教你学simulink（8.6）--实例：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
利用 Simulink 对太阳能发电系统的最大功率点跟踪（MPPT）控制器进行设计和仿真
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
基于 Simulink 的项目开发实例中, 本次我们将具体实现一个简单的光伏系统最大功率点跟踪（MPPT）控制器的设计与仿真验证. 这项工作将按照既定的技术文档步骤依次展开, 具体阐述整个开发流程
该技术文档采用Simulink平台实现太阳能发电系统的最大功率点跟踪（MPPT）控制器的设计与仿真研究。通过优化算法和反馈调节机制，在动态变化的光照条件下实现能量的最大提取效率。
1. 项目概述
项目名称
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的最大输出功率。
精确地完成对电压和电流的控制。
采用仿真技术评估控制器的工作性能。
性能需求 ：
- 该控制器能够在多种光照及温度环境下有效追踪最大功率点。
- 该控制器表现出卓越的动力学响应能力和优异的稳定性特征。
3. 系统建模
3.1 光伏阵列模型
其输出特性可通过 I-V 曲线和 P-V 曲线进行描述。可用 Simulink 模拟平台上的‘Photovoltaic’模块来呈现其行为特征。
3.2 MPPT 控制器模型
本研究采用增量导纳法（Incremental Conductance Method）实现最大功率跟踪（MPPT）控制。基于对比光伏阵列的瞬时导纳与增量导纳特性，在调节采样周期比例的基础上完成对采样时刻的同步识别，并以追踪最大功率输出为目标进行占空比调节。
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 ：
- 在 Simulink 库中浏览器界面内，默认状态下打开新建模型选项卡。
- 按照以下步骤操作：
- 选择菜单栏中的“File”选项卡
- 在弹出的下拉菜单中依次选择“New”和“Model”
- 将模型文件进行保存，并将其命名为
PV_MPPT_Controller.slx
- 按照以下步骤操作：
4.2 添加模块
添加光伏阵列模型 ：
通过Simulink库浏览器界面，在左侧导航栏中找到并拖放Simscape库中的Electrical类别下的Specialized Technology子目录中的Photovoltaic模块至当前工作区。
* 点击Photovoltaic模块并进入其属性设置界面，在光照强度、温度等参数字段中进行相应的数值调整。
2.
添加 MPPT 控制器 ：
- 开发一个子系统以设计增量电导法 MPPT 控制器。
- 配置必要的模块包括 Sum 模块、Gain 模块、Relational Operator 模块以及 Switch 模块。
- 详细阐述该逻辑的具体实现步骤和原理如下所述。
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
代码解读添加 DC-DC 转换器模型 ：
- 在Simulink库浏览器界面中，请依次导航至"Simscape"库。
- 接着依次点击菜单栏中的"Electrical" > "Specialized Technology" > "DC-DC Converters"子库。
- 随后将"Buck Converter"模块拖放至模型编辑区。
- 请将"Photovoltaic"模块的输出信号配置为"Buck Converter"主电路节点的一笔端口。
- 最后，请将MPPT控制器生成的控制信号配置为"Buck Converter"模组占空比调节端口。
添加输入和输出模块 ：
- 通过Simulink库浏览器导航至'Sinks'组件，在工作区中导入'Scope'模块以观测光伏系统输出的电压与电流曲线。
- 通过Simulink库浏览器导航至'Math Operations'组件，在工作区中导入'Product'模块以计算并记录系统的输出功率值。
4.3 连接模块
连接光伏阵列和 DC-DC 转换器 ：
- 该光伏模块的输出被接续至该Buck转换器的输入端子。
- 其输出则经由导线或无线通信与负载设备或电池管理系统（可选）进行交互。
连接 MPPT 控制器和 DC-DC 转换器 ：
- 通过'Photovoltaic'装置的电压与电流接至MPPT系统。
- 将MPPT系统的输出信号用于'Buck Converter'模块中开关比例输入。
连接 Scope 模块 ：
- 通过将'Photovoltaic'装置产生的电压与电流信号接入'Scope'装置的数据采集端口。
- 通过将'Product'系统的运行数据与另一个'Scope'装置的数据采集端口相连，并对测量结果进行实时分析, 以便监测其工作状态。
4.4 设置仿真参数
设置仿真时间 ：
- 在模型窗口中执行以下操作：首先点击'Simulation'选项卡；接着，在其下拉菜单中选择'Model Configuration Parameters'。
- 将'Stop time'参数配置为一个适当的数值，默认情况下设置为 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"模块并持续跟踪光伏阵列的输出参数。
- 评估各测量数据是否稳定达到最大功率点，并记录仿真结果。
6. 参数优化
调整 MPPT 控制器参数 ：
- 基于仿真实验结果优化 MPPT 控制器的参数设置。
- 不断进行仿真实验直至实现预期效果。
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开发并优化了MPPT控制器，在光伏系统中实现了输出功率的最大化。经过仿真实验发现，在多变的光照及环境温度条件下，优化后的MPPT控制器能够精准追踪最大功率点，并展现出良好的动态响应特性及稳定运行状态。