一种应用于光伏系统MPPT的变步长扰动观察法概要.docx
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一种应用于光伏系统MPPT的变步长扰动观察法概要
卷第Vol.44第441期2010年1月
电力电子技术
PowerElectronics
No.1January,2010
定稿日期:
2009-07-01
作者简介:
朱铭炼（1985-,男,江苏靖江人,硕士研究生,研究
方向为电力电子与电力传动,功率电子变换。
1引言
随着社会的发展,能源和环境成为人们面对的
紧要问题。
太阳能作为一种广泛分布的“清洁可再生能源”
有很好的应用前景。
但光电池的输出功率与日照强度及环境温度都有很大关系,故具有明显的非线性,需要在光伏器件和负载之间连接最大功率
点跟踪（MPPT
电路,以充分发挥光伏电池的功效。
目前实现MPPT的方法有恒定电压（CV
法,扰动观察（P&O法及增量电导（INC
法等。
CV法利用光伏器件在最大功率点处的工作电压与器件开路电压的近似比例关系进行控制,该方法控制精度低,仅适用于小功率场合。
P&O法的原理是扰动光伏系统的输出电压,判断扰动前后系统输出功率的变化情况,并按照使输出功率增加的原则来对系统进行控
制,P&O法在稳态时,只能在最大功率点（MPP
附近振荡运行,而且在日照强度突然变化时可能会产生跟踪错误[1]。
INC法利用光伏电池在MPP处输出功率对电压的导纳为零来跟踪MPP,该方法控制效果好,控制稳定度高,但是控制算法复杂,对采样的精确度要求很高[2]。
综上所述,以传统P&O法为基础,提出了一种变步长P&O法,以改善系统的启动特性。
该方法在系统启动时能迅速跟踪到MPP。
为提高系统跟踪效
率,工作在MPP附近时以小步长进行干扰;外界环境变化剧烈时则以较大步长进行跟踪。
实验结果表明,该方法可以快速准确地跟踪外界环境变化,提高对光伏电池的利用率。
2光伏电池特性
在光伏发电系统中,光伏电池实际输出功率往
往取决于3个因素[3]:
光照强度E、电池温度T、负载阻抗。
光照强度主要影响光伏电池的短路电流,对开路电压和MPP所对应电压影响很小。
随着光强的增强,短路电流变大,MPP也提高。
图1a示出相同温度
、不同光照强度下光伏电池的P-V曲线。
光伏电池的温度主要影响其开路电压,而对短路电流的影响较小。
随着电池温度的升高,开路电压降低,MPP也随之降低。
图1b示出相同光照强度,不同温度下光伏电池的P-V曲线。
在一定光照强度和温度条件下不同负载阻抗也就对应着不同的输出功率。
在某一负载阻抗点上,光伏电池对应的输出功率最大,该点即最大功率点。
所以负载阻抗对光伏电池的输出功率有着重要的影响。
由于光伏电池的外部环境,如光照强度和温度是
一种应用于光伏系统MPPT的变步长扰动观察法
朱铭炼,李臣松,陈
新,龚春英
（南京航空航天大学,江苏南京210016
摘要:
太阳能光伏阵列的输出功率随外界环境因素的变化而变化,为了能高效利用太阳能电池,需要进行光伏阵列
的最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking,
简称MPPT。
扰动观察法以其简单有效而得到了广泛应用。
提出了一种新颖的变步长扰动观察法,对传统方法的动态特性进行优化。
在Matlab/Simulink下进行了系统的建模与仿真,并进行了实验研究。
结果表明,该方法能快速准确地跟踪外部环境变化,并能保证系统的稳定性。
关键词:
光伏电池;最大功率点跟踪;扰动观察法;变步长中图分类号:
TK519
文献标识码:
A
文章编号:
1000-100X（201001-0020-03
AVariableStepSizeP&OMPPTMethodforPVSystems
ZHUMing-lian,LIChen-song,CHENXin,GONGChun-ying
（NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics,Nanjing210016,ChinaAbstract:
Theoutputofphotovoltaic（PVarrayisaffectedbytheenvironmentalfactorssuchasirradiationandtempera-ture,soaneffectivemaximumpowerpointtracking（MPPTmethodofPVarrayisnecessary.Anovelvariablestepsizeperturbationandobservation（P&OmethodisproposedtoimprovethetransientcharacteristicsofthetraditionaryP&O.Thesimulationmodelofsystemisestablished,
andtheexperimentisimplement.Theexperimentalresultsshowthatthemethodcantrackthemaximumpowerpointfastandexactly,andensurethesteadystatecharacteristicsofPVsystems.Keywords:
photovoltaiccell;maximumpowerpointtracking;perturbationandobservationmethod;variablestepsize
图1光伏电池P-V曲线
图5MPPT
测试电路
系统不稳定。
图4变步长P&O仿真结果
图3变步长P&O控制流程图
卷第Vol.44第441期2010年1月
电力电子技术
PowerElectronics
No.1January,2010
行小扰动。
图6b模拟太阳能电池开路电压骤变的情
况,t0为启动时刻,
在t1时刻,将DC电压骤降至50V,Boost输入端电压在20s后跟踪到24.5V左右,
然后在t2时刻,将DC电压骤升至60V,Boost输入端电压在10s后跟踪到29.5V左右。
图6c模拟太阳能电池短路电流急剧变化的恶劣情况,在t1时刻迅速增大滑动变阻器的值,使DC源输入电流减小,在t2,t3时刻又迅速减小滑动变阻器的值,使DC源输入电流迅速增加,由实验波形可见,系统始终能够控制
Boost输入端电压在DC电压的一半,
而没有变化。
实验结果表明,系统开机跟踪速度快;在外界环
境相对稳定的情况下,系统输出具有良好的稳定性;在外部环境突变的情况下,系统能快速跟踪上最
大功率点,然后稳定地工作。
实验结果表明,
变步长P&O法具有良好的动态性能和稳态性能。
6结论
变步长扰动观察法在开机时通过采样光伏电池
开路电压值乘以一经验比例值作为初始基准,开机后能迅速跟踪上最大功率点;在外界环境变化剧烈时,采用较大步长进行扰动,能快速跟踪外部环境的变化,提高了系统的动态性能;当系统接近最大功率点时采用很小的步长进行扰动,减小了功率的振荡,提高了系统的跟踪效率。
Matlab仿真与实验结果均表明,该方法具有较好的动态性能和稳态性能,有较好的实用价值。
参考文献
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图6实验波形
（上接第7页很好跟踪
ip的基波,加入逆变器后,ip的
谐波得到有效抑制。
由T网侧电压波形可见,T网侧电压主要由谐波电压构成,其波形中基本看不到基
波分量。
由ugs2波形可见,
开关管开关频率适中,说明逆变器滤波电感、直流母线电压等参数设计合理。
6结论
研究了一种可用于航空电网的串联混合有源电
力滤波器,在分析其工作原理的基础上,着重对逆变器的容量进行了估算,对逆变器直流母线电压的选取进行了分析,实现了逆变器参数设计的优化,最后
通过实验,证明了理论分析的正确性。
参考文献
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图3实验波形
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