太阳能是一种无污染、取之不尽用之不竭的新能源,太阳能发电在解决人类面临的能源危机和环境污染问题中占据重要的角色。本文主要研究DC-DC转换器的控制器参数设计以及在阴影遮挡等复杂情况下的最大功率点跟踪技术(Maximum Power Point Tracking,MPPT)问题。本文对光伏发电系统进行分析、DC-DC转换器建模、MPPT控制方法研究以及实验平台的搭建。本文主要研究内容如下:(1)首先对光伏电池的基本原理进行详细分析,根据理论知识搭建光伏电池的数学模型,并建立了数值仿真模型。在模拟环境条件下对光伏电池进行仿真,分析其输出特性,因为光照强度、环境温度和湿度的影响,所以光伏电池的输出呈现出I-V和P-V非线性曲线。最后介绍了几种常见的MPPT算法并分析其优缺点。(2)光伏电池在电压输出的时候受到环境因素的影响,研究调节光伏电池输出。首先对Buck电路进行分析,MOS管导通与断开使Buck电路拥有两种工作模式,此时DC-DC转换器的数学模型是一个非线性、时变的;其次,通过状态空间平均法进行数学建模,将DC-DC转换器的数学模型转变成一个线性的状态方程,从而可以使用控制理论对其控制与分析。最后根据光伏发电系统搭建了一个数值仿真模型,为进一步研究电压控制器和MPPT算法提供模拟实验平台。(3)通过研究光伏发电系统中的Buck电路的瞬态响应和稳态响应,得出其鲁棒性极差。分别对PI和PID补偿器进行分析,得出该补偿器不适合作为该系统的补偿器。通过提出Lead-Lag 进行补偿器的参数设置算法,比较实验结果,最终得到理想的补偿器参数,使得系统的瞬态响应和稳态响应达到指定的标准。在改善后DC-DC转换器基础上提出一种改进的变步长扰动观察法,在阴影遮挡的情况下快速实现最大功率点跟踪。通过MATLAB/Simulink来验证MPPT控制方案的可行性和有效性。(4)采用Buck降压型转换器作为MPPT控制板的硬件电路,团队基于STM32F103ZET6微处理器发开一台微型光伏电站模拟仪,通过MPPT主控板对DC-DC转换器进行控制,实现MPPT算法。实验证明,设置参数后的补偿器改善了 DC-DC转换器输出特性,并且优化了最大功率点跟踪,有效的提高了光伏电池的发电效率。