基于Boost变换器的光伏功率优化器研究
光伏发电作为解决能源危机和环境污染等问题的重要途径，越来越多地被人们利用。传统的集中式光伏发电系统中，光伏逆变器将整个光伏阵列视为一个整体，实现其最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT），这种系统中每列光伏电池流过相同的电流，大小由逆变器决定。然而，由于生产时的误差、面板老化或损坏、部分被阴影遮挡等原因，不同光伏电池板I-U特性存在着差异，这种情况下有些光伏电池板就达不到最大功率点，导致部分能量损失，减少了发电量。为了解决这一问题，本文对分布式光伏发电系统进行了研究，设计并制作了光伏功率优化器，在每一块光伏组件上都并联一个光伏功率优化器，使其能够优化每块光伏组件的输出功率，为每一个光伏组件独立执行最大功率点追踪，使每块光伏组件不管是形状不平坦还是有污物都能够始终运行在最大功率点，从而挽回部分能量损失，提高发电量，同时光伏功率优化器还具有过温、过压、过流的保护功能，增强了光伏系统或电站的安全性，其采样电路可以实时采集电压、电流及温度等参数，然后通过无线通讯模块发送给数据采集器，实现对整个光伏发电系统的实时监测。本文主要完成的工作有：
（1）通过对光伏电池工作原理的研究，建立了光伏电池的工程应用模型，利用MATLAB编程仿真，得到了在不同温度、不同辐射照度下光伏电池的P-U和I-U特性曲线。
（2）对当前工程中应用比较广泛的几种MPPT算法进行了研究，分析比较了它们的优缺点，选取定步长扰动观测法的改进算法-变步长扰动观测法作为本系统的算法，该算法避免了定步长扰动观测法在最大功率点附近会产生振荡导致能量损失的缺点，同时应用恒压启动算法，使光伏功率优化器上电后能快速运行到最大功率点附近，提高了MPPT的速度。
（3）详细分析了几种常用的DC/DC变换器的工作原理及其实现阻抗匹配的原理，通过对几种变换器的优缺点的详细分析比较，选择了Boost变换器作为本系统的主电路拓扑。同时对Boost变换器的主要器件进行了参数计算及选型，并通过PSPICE仿真验证了设计的电路能够满足系统的要求。
（4）设计了光伏功率优化器的控制电路、电源电路、采样电路、开关管驱动电路、保护电路和无线通讯单元，同时对软件进行了设计。根据光伏功率优化器的硬件设计，绘制了PCB板，并制作了光伏功率优化器样机。
（5）通过太阳能模拟器及电子负载对光伏功率优化器样机进行了测试，测试结果表明，设计的Boost变换器达到了系统的要求，同时光伏功率优化器能够快速、准确地追踪到最大功率点，并稳定的工作，光伏功率优化器转换效率达到了99.1％，完成了整个设计的要求。
