光伏电池最大功率跟踪算法的研究.docx

1、光伏电池最大功率跟踪算法的研究 本文由伊休丫贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 光伏电池最大功率跟踪算法的研究 1 引言 广告插播信息 维库最新热卖芯片： TDA7467D FDS7066ASN3 IRFI840G CY7C4255-15AC BCR185S FQPF12N60 AD8052AR HV518PJ MAX6692MUA PI3B3245Q 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，

2、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

3、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 （1.610-19C） K-玻耳兹曼常数 ， （1.3810- 23J/K） T-绝对温度 ， （T=t+273K） ， A-二极管品质因子（当 T=330K 时，约为 2.800.152），Rs-串联电阻（为低阻 值，小于

4、1），Rsh并联电阻（为高阻值，数量级为 K）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

5、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

6、 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=(1D)2R。 D 为 Boost 电路的开关占空比，R 为电 阻性负载的阻抗。 图 4 Boost 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

7、 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

8、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

9、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 4V。 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

10、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

11、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。 来源:香香公主 【收藏此页】【关闭】【返回 1本文由windyboy06贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 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

12、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 , , , , 【 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

13、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 而变化 , 即 , , . 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 所示 .

14、 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 巧 左 右 , 即使世 界上 最先进技术 的光伏 电池在 特殊 杏 图 杏 的实验条件 下也 只能达到 ,因此光伏 电池最大功率跟踪 光 伏 电池 等效 电路 洛 就 变得 十分 重要 , 所 以长期 以来都 是学 术界研 究 的热 点 . 一 一 . 技 术研 刻 对 应 的 一 函数 如 下 . 从, 十 , 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 从 , 强度 和 温度 变 化 时 , 光

15、 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 . 一 光 伏 电流 , 灯 一 目 目. 一 一 , 电导增量 法通 过 设定一 些很小 的变 化 闭值 , 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 . 一反 向饱和 电流 对于 光伏单 元而 言 , 其 数 , 量级 为 数 一 一 电子 电荷 , 一 耳 兹 曼常 玻 , 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

16、 判断 , 而不会像 扰动 观察那样 出现误 判断 . 图 中的 电流 值 , , 一 , 是 检 测 到 的光 伏 电池 阵 列 当前 电压 , 一 是上 一 周 期 的 电压 ,电流 采样 值 . 一 一 对 温度 绝 时 , 约为 士 , 一 极 二 一 串联 电 管 品质 因子 当 二 阻 为低 阻值 , 小 于 以 , 凡 一并联 电阻 为高 阻值 , 数量 级为 . 光伏电池输 出的最大功率点 一 系统初始化 坐 改 心 图 光伏 电池 电压 电流 曲线和 电压 功 率 曲线 功 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 ,

17、 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 .光 伏 阵 列 的 输 出功 率 则 随 着 输 出 电压 的 之 丫怡 心 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 . 返回 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

18、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 . 兰竺 二 十 , 切 丝 产 苦 , 了 , 产 , , 气 图 光 伏 电池 阵列和 电路 的拓 扑结 构 电路相 接 时 , 假设 外部 负载仍 为纯 电涤 世 界 技 术研 究 , 电阻 负载 , 并忽略 电路 本 身 阻抗 的情 况下 ,

19、根据 电路 的等 效 输人 阻抗 为 电阻 还 是 小步 长值 .在 系统控 制 参 数 的设 计 时 , 需要 根据 具 电路 的 阻抗 变 换 关 系 , 容 易 得 出 为 . 一 . 为 体的光伏 电池参数 , 来确定工作 电流 的变 化量 的值 作为判 电路 的开 关 占空 比 , 断 标 准 .改进 后 的 电导 增 量 法 流程 图如 图 所 示 . 性 负 载 的 阻抗 . 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 升 压 电路 完 成 的 .当 占空 比 越 大时 , 电路 , 使其等 凸 , , 系初化 统始

20、电路 的输 人 阻抗 就越 小 , 占空 比 越 小 时 , 的输人 阻抗就 越 大 .通 过 改变 电路 的 占空 比 效 输人 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 依据 .对 于 电路 能够 实 现最 大功 率 跟 踪 的理 论 编 磊 叮戒 一 伙一 吸片 卜 伙一 二双 心 电路 的工 作 原理 , 本 文 不再 赘述 . 习 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

21、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 . 图 改进 后 的 电导 增 量 法 流程 返

22、回 人 实验结果 小 , 伊 , 帐 心 斗 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 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

23、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 . 源 区和恒 压 源 区 电压 范 围 的 比例 关 系大 概 是 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 奋 卜月 卜 月 卜 叼 韭 一 二二 月 了 令 今 二 下 卜 诊 门 的 电压 变化 步 长为 反 之 , 如 果 判 断 出 当前 光 伏 电池 阵 电流 目卜自 目口甲 列 工 作 于 恒 流 源 区 时 , 其 工 作

24、 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 . 电压 今闷 闷 二 叨 叫 旧 目 闷 卜 奋 心 二 二 今 今 令 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 进 行 调 制 , 将 适 当变 小 , 使其 更 精 确 的跟 踪最 大功率 .在 实 际运 行 当 如卜 门 ,成 平

25、 州 阳 二 自户 叫口 卜 二 卜 今一 一 今 二 , 月 介 今 月 司 图 光 强 突 变 时 的 母线 电流和 电压 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 应 采用 大 步 长值 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 一 高频 输

26、出的 一 一 正弦波的 的脉 冲 为超 声 最 小 功率 因素 为 输 出 电压精 度 为 士 模 块 的特 点 达 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

27、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 厚 为 . ,高压 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

28、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

29、 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

30、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