设计了一种适用于环境振动能量俘获系统的高效率电源管理电路。电路采用了最大功率点跟踪(MPPT)技术,以解决环境振动能量不稳定和经换能器换能后的输出功率负载依赖性强的问题。针对MPPT工作过程中电压调整阶段功率损耗过大的问题,提出了高频开关控制的类Buck结构拓扑,以减小电压调整阶段的开关损耗,进一步提高了系统效率,并可实现预稳压,为后级电源管理电路减轻负担。电路采用0.18 μm CMOS工艺设计,仿真结果表明,随着振动环境及负载的变化,最大功率点跟踪效率始终维持在98.55%~99.45%,系统效率提高至94.2%。

提出了一种三段式变步长电导增量算法，通过设定步长调整系数的上、下限阈值，将工作步长分为三种模式，保证了在光照强度剧烈变化的情况下，系统仍能以较大步长运行，避免了传统电导增量法动态响应速度慢的问题。仿真结果表明，该算法可将系统的动态响应时间缩短至5~6 ms，且最大功率点附近的功率振荡明显减弱，系统的功率损失降低，跟踪精度得到提高。

光伏组件发电特性对优化光伏发电系统的发电效率具有重要意义。常见的光伏组件发电特性由理论仿真得到，其与实际应用有一定差距。采用光照传感器、温度传感器采集环境参数，采用电流计、电压计检测光生电流、反向截止电流、开路电压等参数，建立了光伏组件发电特性计算模型，实现了光伏组件的发电特性精确测试，得到不同环境参数下输出电压-输出电流、输出功率-输出电压的发电特性曲线。仿真和工程测试证明，基于上述特性曲线的光伏发电系统在进行最大功率控制时能够取得较好的效果，与理论值的误差小于1%。

在超高压直流输电系统的直流测量系统中，使用光纤代替电力线传输激光能量以驱动远端测量传感器，可以实现高低电压隔离和绝缘以及抗电磁干扰。针对在实际运行中远端测量传感器故障率较高的问题，通过研究传感器各功能模块的工作原理、结构特点以及薄弱环节，研制了一种改进型直流测量传感器。该传感器采用光伏电池最大功率点跟踪技术，优化了各模块的电路设计，提高了模块的集成度，也改善了器件的性能。现场测试结果表明，改进型直流测量传感器在测量精度及功耗方面均优于国外产品。此传感器能提高直流测量系统的精确性和稳定性。

通过对光伏发电最大功率点跟踪系统的研究, 提出了PSO与电导增量法的双级最大功率跟踪(MPPT)控制算法。该算法能很好地解决传统电导增量法在采用较大跟踪步长时跟踪精度差, 采用较小跟踪步长时跟踪速度慢, 动态跟踪过程中功率震荡大的问题。所提出的算法包含最优占空比预测和最大功率点跟踪两个阶段。最优占空比预测阶段采用改进的PSO算法搜索最大功率点附近的工作电流和工作电压, 然后根据搜索到的电压和电流计算最大功率点附近的最优占空比, 该阶段能解决传统的电导增量法在采用较小步长时存在的跟踪速度慢、功率震荡大等问题; 在最大功率点跟踪阶段接收上一阶段所搜索到的最优占空比, 当电导增量法所产生的占空比接近最优占空比时, 采用电导增量法进行控制, 否则采用上一环节的最优占空比进行控制。仿真实验结果表明, PSO与电导增量法的双级MPPT控制算法跟踪速度快, 跟踪精度高, 功率震荡小, 能很好地实现最大功率点跟踪。

鉴于传统三电平逆变电路存在谐波含量高的缺点, 在分析模块化多电平换流器(MMC)工作原理的基础上, 提出使用模块化多电平电路实现光伏并网逆变功能, 采用微分-跟踪器法实现光伏阵列最大功率点跟踪(MPPT)及逆变器PQ解耦控制, 实现了光伏系统以单位功率因数并网。在PSCAD中建立光伏并网系统动态仿真模型, 仿真结果表明, 所建模型具有开关损耗低、谐波量小的优点, 验证了所提方法的正确性和可行性。

针对不均匀光照条件下光伏阵列的MPPT跟踪控制问题，提出了基于粒子群的复合式MPPT控制算法。复合式PSO-MPPT控制算法包括离线寻优和在线寻优两个部分。离线寻优环节采用相邻粒子信息交换机制加强了在寻优过程中的收敛性以及对关键区域的搜索力度；在线寻优环节采用适应度模糊判断的方法解决了粒子群算法在线工作时扰动大、耗时长的问题。复合式PSO-MPPT控制算法将离线和在线的优化方法结合到一起，弥补了各自方法的不足。与传统的方法相比，所提出的方法具有更快的响应速度和更高寻优精度。最后通过Matlab仿真证明了所提出的算法可以实现在不均匀光照条件下的最大功率点跟踪。

光伏发电是一种清洁、经济、充足、安全的能源。基于MSP430的光伏发电逆变器是专门为用于光伏发电设计的,它针对太阳光照的不稳定性，加入了各种保护电路以及反馈控制电路，通过最大功率点跟踪实现了太阳能利用的高效性，最后经过逆变电路和整流滤波电路输出220 V的稳定电压。介绍了主控芯片MSP430F149的特点,给出了系统设计的软硬件结构。

针对现有太阳能最大功率点跟踪控制策略的不足，提出了一种新型的最大功率点跟踪控制策略，即基于电流单参量的最大功率点跟踪(MPPT)。首先阐述了该最大功率控制策略的基本原理与可行性，并重点描述了该最大功率点跟踪控制策略的系统设计与调试，其中侧重于系统核心设计：电流监控电路设计和基于纯CMOS数字电路硬件逻辑程序的步进PWM控制器设计，并且详细分析了其工作原理及元器件的选取。经调试与完善，该MPPT控制系统现已能实现最大功率点跟踪，同时显示出它区别于其他控制策略的优势。