光伏电池最大功率跟踪算法的研究.docx
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光伏电池最大功率跟踪算法的研究
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光伏电池最大功率跟踪算法的研究
1引言
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传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。
这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。
太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。
因此，研究并网逆变器的设计有着广阔的前景和意义。
限制光伏系统的主要因素有两点：
⑴初期投资比较大；⑵太阳能光伏电池的转换效率低。
目前我们通常使用的光伏电池效率在15%左右，即使世界上最先进技术的光伏电池在特殊的实验条件下也只能达到40%，因此光伏电池最大功率跟踪就变得十分重要，所以长期以来都是学术界研究的热点。
2光伏电池阵列特性分析2.1光伏电池的数学模型光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制作而成的。
所谓光伏效应是指半导体材料吸收光能，由光子激发出电子—空穴对，经过分离而产生电动势的现象。
光伏电池的I-V特性随日照强度S（W/㎡）和电池温度t（℃）而变化，即I=f（V,S,t）。
根据电子学理论，当负载为纯电阻时，光伏电池的实际等效电路如图1所示。
图1光伏电池等效电路对应的I-V函数如下：
反向饱和电流（对于光伏单元而言，其数量级为10-4A），q-电子电荷（1.6×10-19C）K-玻耳兹曼常数，（1.38×10-23J/K）T-绝对温度，（T=t+273K），A-二极管品质因子（当T=330K时，约为2.80±0.152），Rs-串联电阻（为低阻值，小于1Ω），Rsh－并联电阻（为高阻值，数量级为KΩ）[1]。
2.2光伏电池输出的最大功率点
图2光伏电池电压/电流曲线和电压/功率曲线当光伏阵列输出电压比较小时，随着电压的变化，输出电流变化很小，光伏阵列类似为一个恒流源；当电压超过一定的临界值继续上升时，电流急剧下降，此时的光伏阵列类似为一个恒压源[2]。
光伏阵列的输出功率则随着输出电压的升高有一个输出功率最大点。
最大功率跟踪器的作用是在温度和辐射强度都变化的环境里，通过改变光伏阵列所带的等效负载，调节光伏阵列的工作点，使光伏阵列工作在输出功率最大点。
3最大功率跟踪控制算法目前，常用的最大功率跟踪方法有恒定电压跟踪法、扰动观察法和电导增量法。
其中，电导增量法的跟踪准确性最高，在环境快速变化的情况下具有良好的跟踪性能，因此被广泛采用。
电导增量法是通过比较光伏电池阵列的瞬时导抗和导抗变化量的方法来完成最大功率点的跟踪。
达到最大功率点的条件，即当输出电导的变化量等于输出电导的负值时，光伏电池阵列工作于最大功率点。
在辐射强度和温度变化时，光伏电池阵列的输出电压能平稳追随环境的变化，且输出电压波动小[3]。
电导增量法通过设定一些很小的变化阈值，使光伏电池阵列稳定在最大功率点的邻域内，而不是围绕着最大功率点前后波动。
当外界环境发生变化时，从一个稳态过渡到另外一个稳态时，电导增量法根据电流的变化就能够做出正确的判断，而不会像扰动观察那样出现误判断。
图3电导增量法的控制流程图图3中的U（k）I、（k）是检测到的光伏电池阵列当前电压、电流值，（k-1）U、I（k-1）是上一周期的电压、电流采样值。
光伏电池阵列和Boost电路相接时，假设外部负载仍为纯电阻负载，并忽略Boost电路本身阻抗的情况下，根据Boost电路的阻抗变换关系，容易得出Boost电路的等效输入阻抗为Req=（1－D）2R。
D为Boost电路的开关占空比，R为电阻性负载的阻抗。
图4Boost电路的拓扑结构
对光伏电池阵列进行最大功率跟踪过程中，工作电压的控制是通过Boost升压电路完成的。
当占空比D越大时，Boost电路的输入阻抗就越小，占空比D越小时，Boost电路的输入阻抗就越大。
通过改变Boost电路的占空比D，使其等效输入阻抗和光伏输出阻抗相匹配，实现光伏电池的最大功率输出，这是采用Boost电路能够实现最大功率跟踪的理论依据。
对于Boost电路的工作原理，本文不再赘述。
4最大功率跟踪时的问题采用电导增量法进行最大功率跟踪过程中，通过调节Boost电路的占空比来实现光伏电池阵列的工作点电压的控制，从而达到最大功率的跟踪。
然而通过光伏电池的电压/电流曲线和电压/功率曲线可以看出，工作在恒压源区和恒流源区是改变相同步长的工作电压对光伏电池的输出功率改变是不同的。
在恒流源区内，输出电流对工作电压的改变敏感度很低，而在恒压源区对电流的影响却是非常明显。
为了能够更快、更精确的追踪到光伏电池的最大功率输出的工作电压电流，需要对跟踪的方法进行改进。
5改进方法根据相同工作电压变化量在恒压源区和恒流源区的不同影响效果，对两个区内电压变化的步长作适当调整，提高最大功率跟踪的效率。
经过测试，通常使用的光伏电池的最大功率点电压一般为其开路电压的（0.75-0.85）倍，所以恒流源区和恒压源区电压范围的比例关系大概是4:
1。
如果判断出当前光伏电池阵列工作于恒压源区时，其工作电压肯定大于最大功率点电压，要朝着减小工作电压的方向变化，取它的电压变化步长为△V；反之，如果判断出当前光伏电池阵列工作于恒流源区时，其工作电压肯定小于最大功率点电压，要朝着增大工作电压的方向变化。
为了提高跟踪速度，取它的电压变化步长为4△V。
为了提高最大功率跟踪的精度，在一定的温度和光照强度时，当光伏电池的输出功率和当前条件下所能达到的最大功率接近到一定程度时，对它的跟踪步长△V进行调制，将△V适当变小，使其更精确的跟踪最大功率。
在实际运行当中，光照强度突然发生变化瞬间，光伏电池两端的工作电压不会发生明显变化，相反，光伏电池的输出电流会发生瞬间的明显变化。
根据这一特点来判断△V应采用大步长值△V2还是小步长值△V1。
在系统控制参数的设计时，需要根据具体的光伏电池参数，来确定工作电流的变化量的值作为判断标准。
改进后的电导增量法流程图如图5所示。
图5改进后的电导增量法流程6实验结果由实验波形很容易看出，采用改进后的电导增量算法的光伏系统，在光照强度很稳定时，直流母线电压的波动非常小；当光照强度突然变化时，直流母线上的电压也非常稳定，电流迅速增大，保证光伏电池始终做最大的输出。
图6光强突变时的母线电流和电压
7结语利用TMS320LF2407数字信号控制器作为主要控制芯片，采用改进的MPPT控制方式，该系统具有很好的动态响应和跟踪精度，具有跟踪光伏电池阵列最大功率点的功能，提高了系统的效率，充分利用了能源。
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到术…·研究
光伏电池最大功率跟踪算法的研究
马秀娟,吴佳宇,李彦玫,张兰辉哈尔滨工业大学威海电气工程系,威海
】川,目
田七
节
丫切
毛沈
七山
摘
要
根据光伏电池的工程数学模型,在光照强度变化条件下光伏电池输出特性进行了研究.结果表明,光伏电池的输出特性
呈非线性,功率最大值只在某一特定点上.分析了传统的电导增量法的特点,提出了改进的电导增量法.实验表明,从跟踪速度和精度方面较传统方法都有提高.
关键词
光伏阵列
最大功率跟踪
电导增量法
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【中图分类号
文献标识码
文章编号
一
一
一
引言
传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日
光伏电池阵列特性分析
光伏电池的数学模型
光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制作而成的.所谓光伏
效应是指半导体材料吸收光能,由光子激发出电子一空夕,经过冰寸
益突出,同时全球还有
亿人得不到正常的能源供应.这个
时候,全世界都把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展.太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点,越来越多的国家开
始实行"阳光计划"开发太阳能资源,寻求经济发展的新动,力.因此,研究并网逆变器的设计有着广阔的前景和意义.限制光伏系统的主要因素有两点初期投资比较大,太
分离而产生电动势的现象.光伏电池的一特性随日照强度,和电池温度
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论,当负载为纯电阻时,光伏电池的实际等效电路如图所示.
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一
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光伏电池输出的最大功率点
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升高有一个输出功率最大点.最大功率跟踪器的作用是在温度和辐射强度都变化的环境里,通过改变光伏阵列所带的等效负载,调节光伏阵列的工作点,使光伏阵列工作在输出功
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图
电导增量法的控制流程图
最大功率跟踪控制算法
目前,常用的最大功率跟踪方法有恒定电压跟踪法,扰动观察法和电导增量法.其中,电导增量法的跟踪准确性最高,在环境快速变化的情况下具有良好的跟踪性能,因此被广泛采用.电导增量法是通过比较光伏电池阵列的瞬时导抗和导抗变化量的方法来完成最大功率点的跟踪.
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图
光伏电池阵列和
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电路的工作原理,本文不再赘述.
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最大功率跟踪时的问题
采用电导增量法进行最大功率跟踪过程中,通过调节电路的占空比来实现光伏电池阵列的工作点电压的控制,从而达到最大功率的跟踪.然而通过光伏电池的电压电流曲线和电压功率曲线可以看出,工作在恒压源区和恒流源区是改变相同步长的工作电压对光伏电池的输出功率改变是不同的.在恒流源区内,输出电流对工作电压的改变敏感度很低,而在恒压源区对电流的影响却是非常明显.为了能够更快,更精确的追踪到光伏电池的最大功率输出的工作电压电流,需要对跟踪的方法进行改进.
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根据相同工作电压变化量在恒压源区和恒流源区的不同影响效果,对两个区内电压变化的步长作适当调整,提高最大功率跟踪的效率.经过测试,通常使用的光伏电池的最大功率点电压一般为其开路电压的一倍,所以恒流.如果判断
由实验波形很容易看出,采用改进后的电导增量算法的光伏系统,在光照强度很稳定时,直流母线电压的波动非常当光照强度突然变化时,直流母线上的电压也非常稳
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结语
下转第页
元器州
其输人电压为交流为直流电流涌电流一一
输出电压为直流
输出典型浪.
模块使用时应按装在散热板上.
输出功率为
一
大功率高压
实现
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高频
输出的
一
一
正弦波的
的脉冲为超声
最小功率因素为
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可实现功率因素和谐波校正,效率高
当大功率脉冲变压器次级
以上.带有过压保护,过热保护和输人浪涌保护等保
波电压加到乙谐振电路其为可调高频电感线圈,波换能器的等效电容,由此则组成
护电路.模块内部将功率电路和控制电路集合在一起,使用起来非常方便.其
一外接浪涌限流电阻,用它可以限制电
谐振器,见图右上角虚
线所示
通过调整高频电感线圈可使谐振器得到串联谐
源刚接通时的浪涌电流,若不接,则模块不应正常工作实
振,其谐振频率为换能器固有频率,并在电容试〕
端将获得谐振后的高压高频所示.以上整个过程实现了从一一再从一
换能器两
际上
'
应和
温度保险丝
℃相
正弦波,见图右上角高频一
串接而成见图所示.
外形尺寸长
宽
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一
大功率
的输出.
上接第
利用
页
数字信号控制器作为主要控制芯
【崔岩,炳煌等太阳能光伏系统蔡
太阳能学报,
控制算法的对比研究
一
片,采用改进的
控制方式,该系统具有很好的动态响
【
应和跟踪精度,具有跟踪光伏电池阵列最大功率点的功能,提高了系统的效率,充分利用了能源.
刘和平,邓力等
原理及电机控制使用
第版琢州
北京航空航天大学出版社,
参考文献
作者简介马秀娟一,女,黑龙江哈尔滨人,博士,教授,
杨海柱,金新民基于跟踪问题
控制的光伏并网逆变器最大功率的
一
太阳能学报,
一
主要从事电力电子和光伏实用技术的研究工作.吴佳宇一,男,黑龙江牡丹江人,在读硕士研究
【陈兴峰,曹志峰等光伏发电的最大功率跟踪算法研究【研究和试验,
一
生,主要从事高频开关电源的研究.
上接第
页异,主要还是要看设计单位对整体系统的规划和设计.轨道交通的快速发展无疑缓解了城市交通的压力,促进发展的同时也代表了一个城市的形象.地铁作为一个大规模的公共交通工具,对系统安全性的要求非常高,中达电通以
一旦
扇可根据负载及温度进行多段调速,输人电流谐波小,减少线缆的损耗,减少输入空开容量等,从细节能够更好的满足客户的省电需求,同时响应国家节能降耗的号召.圈具有标配紧急停机功能
标准配置紧急关机按钮,可远程近端控制
为用户打造一条稳固的交直流供电系统为宗旨,凭借多年为
各行业提供一体化的动力整合方案,在电源行业为用户从认知到合作再到信赖已经走过年的历程,电源设备以质量精
有紧急事故发生,可以立即切断输人,输出,电池等开关,使完全孤立出来,可以减少事故特别是因电引起的火
灾进一步扩大.
良为用户所接受.公司有多年为地铁行业服务的经验,凭借动力整体整合方案和多项目绿色节能于一身的高质量电
总结
本文分析的内容是针对地铁通信系统内的电源子系统.通信系统的电源子系统
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