随着能源危机和环境危机的日益严重,发展太阳能、风能等清洁可再生能源已经成为研究和应用的热点。光伏(Photovoltaic,简称PV)发电以其分布广、不枯竭且不受地域限制等优点被认为弥补了当前传统发电方式的诸多缺点。在光伏系统的控制中,为了保证能源利用效率,采用最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)技术是最行之有效的手段。目前,国内外学者已经提出了许多MPPT方法,这些方法在实现光伏系统的MPPT控制中效果显著。但几乎所有方法都是采用输出采样型被动控制方式,体现在MPPT控制器必须根据光伏系统输出参数的变化来进行控制量的调整。因为从外界天气变化引起输出参数变化再到控制器做出反应的过程会产生大量延时,所以这种控制方式的天气自适应能力差、MPPT速度偏慢。为了解决这些问题,本文对输入采样型主动控制方式进行了创新性研究,提出了三种基本的可变天气参数(Variable Weather Parameters,简称VWP)MPPT控制方法——VWP法1、VWP法2和VWP法3。另外,为了同时获取更好的MPPT快速性、准确性和平稳性性能,本文也对VWP法与其它MPPT法(本文选取模糊控制法和扰动观察法)的互补应用问题进行了深入研究。主要内容如下:(1)分析光伏电池模型和光伏系统结构,提出了光伏系统的一种一体化数学模型及其对应的Simulink模型。然后,利用该一体化模型进行了 MPPT分析,包括:最大功率点(Maximum Power Point,简称MPP)处的数学关系,实现MPPT控制应满足的约束条件以及光伏系统MPP处控制信号受外界参数影响的规律。这些规律和结论为后面的理论方法研究和实验参数选择提供了重要依据。(2)以光伏系统的一体化模型为基础,由MPP处的数学关系提出了三种可变天气参数MPPT控制方法(简称VWP法),从而最大程度地提高了 MPPT控制的快速性。其中,找到外界可变天气参数与控制信号之间的直接关系是这些控制方法的核心,也是这些控制方法的主要理论依据。(3)以VWP法3为基础,直接将可变天气参数引入模糊控制器的设计中,实现了普通二维Mamdani模糊控制器的跟踪速度自适应控制和天气变化自适应控制。该方法充分利用了 VWP法对天气自适应能力强的优点,其本质是VWP法3与模糊控制法的优势互补。(4)在VWP法的基础上提出了两种VWP区间优化方法。该方法采用VWP法的某些结论完成了对现存MPPT方法的优化,解决了传统MPPT控制中无法兼顾快速性、准确性和平稳性的问题,其本质是VWP法与被优化方法的优势互补。研究中,VWP区间优化法1以模糊控制法作为优化对象,而VWP区间优化法2以传统扰动观察法作为优化对象。(5)VWP法的实际应用中,为了应对实际MPP处控制信号偏离理想值的情况,将可变天气参数间接引入模糊控制器的设计中实现VWP法与模糊控制方法的结合,并提出了两种分段模糊MPPT控制方法。这样既可以有效地利用模糊控制法在准确性和平稳性方面的优势,又可以发挥VWP法在实时性和自适应性方面的优点,从而同时保证MPPT控制的良好快速性、准确性、平稳性性能。另外,文中对每一个研究点都进行了仿真实验,实验结果验证了一体化建模思想的正确性、实现MPPT控制约束条件的正确性、三种VWP法的可行性和有效性、两种VWP区间优化法的可行性和有效性以及VWP法与模糊控制法相结合的可行性和有效性。同时,对比实验证实:VWP法能够改进光伏系统MPPT控制快速性,VWP区间优化法以及VWP法与模糊控制相结合可以同时兼顾MPPT控制的快速性、准确性和平稳性性能。