(最新版)基于光伏电池输出特性的MPPT算法研究毕业论文

1 基于光伏电池输出特性的 MPPT算法研究 .txt13 母爱是迷惘时苦口婆心的规劝；母爱是远行时一声殷切的叮咛；母爱是孤苦无助时慈祥的微笑。 本文由 aijieyish 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。计算机工程与设计 Computer 冯冬青，李晓飞：基于光伏电池输出特性的 MPPT 算法研究 Engineering and Design (17) 3925 嵌入式系统工程基于光伏电池输出特性的 MPPT 算法研究冯冬青， 李晓飞( 郑州大学 电气工程学院，河南 郑州 450002) 摘 要： 为了 寻找 更 好的 实现 光伏 发电 系统 最大 功率 点跟 踪控 制方 法，基于 单个 光伏 电池 的 物理 特性 建立 了太 阳能 光伏 电 池阵 列的 Matlab 仿真模型， 分析了太阳 能光伏电池阵列 所具有的随着光 照强度和温度 不同而变化的 P-U 和I-U 非线性特 性。 基于 光伏电池的动态 特性，在最大功率 点跟踪算法的 设计中增加一个 电流监测回路，并 结合自寻优技术 对电导增量法 进行 改进 ， 提出了一种自 适应变步长寻优 算法。仿真结果 表明， 该算法能 够快速准确的跟 踪最大功率点 。 关键 词：光伏电池 ; 输出特性 ; 最大 功率点跟踪 ; 电 导增量法 ; 变 步长 中图 法分类号： TM615; TM914.4 文 献标识码： A 文章编号： (2009) Improved MPPT algorithm based on output properties of PV cells FENG Dong-qing, LI Xiao-fei (School of Electric Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou China) Abstract ： Photovoltaic array simulation can be used to find better methods to implement maximum power point tracking (MPPT) control for efficient solar power systems. An accurate and practical model for photovoltaic arrays is developed with Matlab for the photovoltaic cell mechanisms. The model could simulate both the P-U and I-U characteristics of photovoltaic arrays for any insolation level and ambient temperature. Test results prove that the improved variable step optimization algorithm with current monitor circuit to alter the control rule make the photovoltaic system quickly and track the maximum power point accurately. Key words ：2 photovoltaic cells; output characteristic; maximum power point tracking (MPPT); incremental conductance algorithm (IncCond); variable step size 0 引言电流监测回路，结合变步长自寻优技术对电导增量法进行了 改进， 并采用 Matlab 软件对几种算法进行了分析比较， 实验结 果表明该设计方案可有效克服跟踪速度和跟踪精度之间的矛 盾， 有利于进一步提高光伏电池的利用率。受外界环境因素影响变化大、 发电效率低等特点严重制 约了光伏效应太阳能电池的推广使用。 如何有效降低光伏效 应太阳能电池设计成本， 提高发电效率是目前研究的热点和 难点。 采用最大功率点跟踪技术可以最大限度提高光伏电池 输出功率， 从而显著提升光伏电池的工作效率。最大功率点 跟踪控制器， 通过调节负载功率， 改变光伏电池板的输出电压 和电流， 试图使电池板输出最大功率 [1] 。目前， 最大功率点跟 踪算法主要集中在扰动观测法[2-4] 1 1.1 光伏电池的等效模型与输出特性光 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成的， 它的 I-V 特性随光照 G(Wm2) 和电池表面温度 T( ℃ ) 的变化而变化，满 足 I=(U ,G ,T) 。根据电子学理论， 可得光伏电池的实际等效电 路模型如图 1 所示。 单个光伏电池的输出伏安特性表达式为 I = Iph-I0(eq(U+IRs)nKT-1)-(U+IRS)Rsh (1) 一个理想的光伏电池，其等效串联电阻 RS 很小，等效并 联电阻 Rsh 却 很大 ， 光照 较强 时， 电流 远远 大于(U+IRS) 当 光 Rsh ， 忽 略 等 效 并 联 电 阻 影 响 ， (1) 可 简 化 为 式 I = Iph-I0(eq(U+IRs)nKT-1) 建立光伏电池数学模型[6] 和电导增量法 。[3-5] 设计实现。3 这两种主要算法均涉及调整因子 好实现最大功率跟踪关系紧密。 对最大功率点进行准确锁定； 想的取值与能否很设置太大， 导致跟踪精度 取值太小， 虽然提高了跟踪不够， 太阳能电池工作点虽然能够在最大功率点附近， 却无法 精度， 但是跟踪速度却很慢， 系统将损失较多能量。 为获取理 ， 国内外学者尝试采用 PID ， 模糊控制， 神经元网络等 控制策略对算法进行改进， 然而， 控制逻辑的改进能够实现跟 踪速度和控制精度的折衷， 却无法全面提升系统性能。 本文在光伏电池最大功率点跟踪算法的设计中增加一个(2) (3) Iph = Iph(T1)[1+k0(T-T1)] 收稿日期： ；修订日期： 。 基金项目：国家自然科学基金项目 () 。 作者简介：冯冬青(1958 － ) ， 男， 广东人， 教授， 研究方向为智能控制理论与应用、 工业过程控制； 李晓飞 (1984－ ) ，女，河南人，硕士研究 生，研究方向为智能控制理论与应用。 E-mail ：3926 (17) 计算机工程与设计 Computer Engineering and Design 4 Rs Iph Id Rsh U 电流 IA 3.5 3 2.5 2 1.5 1 G=1000Wm T=0 ° C T=25 ° C T=50° C T=75 ° C 图 1 光伏电池等效电路Iph(T1) = G × ISC(T1,nom)G(nom) K0 = (Isc(T2)-Isc(T1))(T2-T1) I0 = I0(T1) ×(TT1)3n × e I0(T1) = Isc(T1)(e-qUoc(T1)nkT1-1) Rs=-dU dIUoc -1XV XV = I0(T1) ×qnkT1× eqUoc(T1)nkT1 -qEgnk(1T-1T1 ) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 功率 PW 4 0.5 0 0 5 10 电压 UV 70 G=1000Wm 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 电压 UV 15 20 25 T=0° C T=25° C T=50° C T=75 ° C 15 20 25 式中 ： —— 光 伏电 池 输 出 电 流 ， —— 光 伏 电 池 输出 电 压， I U Iph——光生电流， 0 ——二极管反相饱和电流， Isc ——短路电 I 流， oc —开路电压， U k——玻尔兹曼常数 (k=1.38 × 10 JK) ， q —— (q=1.6 × 1019C) ， 电子的电荷量 n ——二极管特性因子， S ——光 R -23 伏电池的串联电阻， sh ——光伏电池的并联电阻， g ——为禁 R E 带 宽 度 ， 体 硅的 E g 一 般 为 1.12Ev ， —— 太 阳 辐 射 强 度 ， 晶 G Gnom——标准太阳辐射强度，一般 Gnom = 1000Wm2。图 3 相同 G 不同 T 下的 I-U, P-U 特性1.2 光 伏 电 池 输 出 特性 分 析本文选用 Solarex MSX60 60W 电池进行实验分析。当光 电流 随 太阳 辐 射 度增 强而增 大 ，开 路 电压 随 温 度升 高 而降 低； ③最大功率点电压约为开路电压的 78%；④输出功率在某 一点达到最大值， 该点即为光伏电池的最大功率点 (MPP) ， 且 随光照强度的增强而增加， 随温度升高而降低。强 Gnom=1000Wm2， 温度 T1=25 ℃时， Solarex MSX60 60W 电气参 数为： oc=21.0V, Isc=3.74A, Um=17.1V, Im=3.5A,Pm=59.9W 。根据 U 上面光伏电池的数学模型和相关的电气参数， 运用 Matlab 建 立光伏方阵的计算机模型 ， 得到光伏电池在不同工作条件下[7] 的输出特性曲线， 如图 2 ， 3 所示。 图 对光伏电池的输出特性进行分析得出： ①光伏电池在低 压段近似为恒流源， 在接近开路电压时近似为恒压源； ②短路4 3.5 3 电流 IA 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 电压 UV 70 T=25 ° C 60 50 功率 PW 40 30 400Wm 20 10 0 0 5 10 电压 UV 15 20 25 1000Wm 800Wm 600Wm 15 20 25 400Wm 1000Wm 800Wm 600Wm T=25° C 2 自适应变步长最大功率点跟踪算法为了提高光伏阵列的工作效率，需要对光伏阵列的输出5 进行控制， 使光伏电池工作点能够快速准确跟踪当前时刻的最 大功率点。 扰动观测法通过负载周期性调整， 动态改变电源输 出功率， 比较负载变动前后输出功率的观测结果， 决定负载的 下一步变动方向， 从而保证电源的输出功率最大。 该控制逻辑 简单易行， 尤其适合与光强大、 变化慢的工作状况。然而， 当 光强快速变化， 该方法极易发生逻辑误判引起功率振荡， 因而 大大降低了光伏电池工作效率。电导增量法对逻辑电路进行 了改进， 有效避免了光伏电池在最大功率点进行振荡 [4] 。自适 应变步长最大功率跟踪点跟踪算法基于电导增量法设计实现。2.1 传统电导增量法由光伏阵列的 P-U 曲线可知， 在最大功率点 Pmax 处有 dP dU=0 ， 所以有 dPdU = I+U × dIdU = 0 dIdU = -IU (10) (11) 式 (11) 为电导增量法达到最大功率点的条件， 即输出电导 的变化量等于输出电导的负值时，光伏阵列工作在最大功率 点，随后算法通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改 变控制信号， 在电导增量大于瞬间电导的区域增加工作电压， 在电导增量小于瞬间电导的区域减小工作电压，当两者相等 时， 电压保持不变； 在电压不变电流增加时， 增加工作电压， 在 电压不变电流减小时，减小工作电压。电导增量法控制流程 图 [5] 如图 4 所示。图 2 相同 T 不同 G 下的 I-U, P-U 特性冯冬青，李晓飞：基于光伏电池输出特性的 MPPT 算法研究开始(17) 3927 跟踪速度。 工作点远离 MPP 点时如何一步逼近是此算法的关键。 首 先， 本文考虑的是光强瞬时改变时的跟踪过程， 相对于光强的 变化来说， 光伏电池表面温度的变化是非常缓慢的， 因此， 在 分析的过程中， 我们可以认为光伏电池表面的温度保持不变。dI=0 N Y 检测 U (n), I (n) N Y dU=0 Y 6 dIdU=-IU N 而在工作点电压不变的情况下， 光伏电池输出电流与光强近似 成线性关系， 也就是说当光强改变， 电流相应改变， 因此， 本文 在系统设计中另增加一个电流监测回路， 当∣ dI ∣ > 时， 说明光 强发生了较大变化， 此时马上调整控制策略， U=0.78Uoc ， 令 从 而使工作点快速转到 MPP 附近， 实现功率点快速跟踪；当光Y dIdU>-IU N Y dI>0 N U=U+ U U=U- U U=U+ U U=U- U 照稳定， 电流变化量较小时， 则进入变步长电导增量法模式， 精确跟踪最大功率点。由 1.2 节的光伏阵列输出特性分析可 知光伏电池最大功率点电压约为开路电压的 78%， 因此我们 可以通过检测光伏电池开路电压来确定光伏电池工作电压 U， 使 U=0.78Uoc 。其算法控制流程图如图 6 所示。返回图 4 电导增量法控制流程传统的电导增量法能够根据外界环境的变化做出正确的 跟踪判断， 但它的步长固定，步长过小会使阵列较长时间滞留 在低功率输出区， 造成一定的功率损失， 步长过大又会使阵列 在最大功率点处的震荡加剧 [8] 。因此， 针对传统电导增量法存 在的缺点， 本文提出了一种自适应变步长电导增量法， 解决了 跟踪速度和跟踪精度之间的矛盾。检测 U ( n) , I (n ) dU=U (n ) -U ( n-1 ) dI=I ( n) -I (n-1 ) dP=U ( n) I ( n) -U (n-1 ) I (n-1 ) step=N|dPdU| Y 开始 初始化 N, 2.2 7 变步长处理技术由光伏阵列的 P-U 曲线可知， 在最大功率点 Pmax 处有 dP dU=0 ， 而在 Pmax 两端 dPdU 均不为 0 ， 因此我们可以令 step= N × ∣ dP dU∣作为算法中每步步长数据， 实现变步长跟踪， 并通 过设置合适的 N， 提高系统的控制精度。式中， ∣ dPdU∣为一 个自调整因子，当工作点偏离最大功率点稍远时， ∣ dPdU∣ 随之增大， 以较大步长调整工作点电压； 当工作点与最大功率 点很接近时， ∣ dPdU∣随之减小，以较小步长调整工作点电 压， 从而提高了最大功率点跟踪的精度。Y Y N | Di |> dU=0 Y 检测 Uoc dI=0 N Y dIdU=-IU N dIdU>-IU N Y dI>0 N 2.3 自适应调整策略如图 5 所示， 假设 系统稳态工作 于 S 曲 线的 Pm 处， 光 当Ur=Ur+step Ur=Ur-step Ur=Ur+step Ur=Ur-step Ur=0.78Uoc 强发生快速变 化 ( 由 S 到 S) ， 工作 点由 Pm 到 P 偏离了最大 功 率点， 如果只采 用变步长电导增 量法， P 到 Pm 需经过 N 个 从 执行周期， 显然 在此期间将会产 生一定的功率损 失。 本文 所 提出的自适应策略就是在工作点远离最大功率点时， 采用另 一种策略争取 在最少的执行时 间内把工作点调 到 MPP 点 附 近， 此算法使 得从 P 到Pm 的 调整步数大大减 少， 从而提高 了70 60 50 功率 PW 40 30 20 P m 10 0 0 5 10 电压 UV 15 20 25 S P S Pm 返回图 6 自适应变步长电导增量法控制流程3 实验结果为了验证算法的可行性， 本文在设定工况下对算法跟踪8 性能进行了仿真实验。 光伏电池温度 T=25 ℃， t=0.3s ， 在 光强 G 突然从 400Wm2 增加到 1000Wm2。实验结果如图 7 所示。 从图 7 可以看出， 在相同的条件下， 当光强突然改变， 采用传 统电导增量法的系统达到稳态的时间是 0.3s ， 采用变步长电导 增量法达到稳态的时间是 0.15s ， 而采用本文所提出的自适应 变步长电导增量法系统只需 0.05s 就达到稳态。4 结束语本文针对光伏发电系统最大功率点跟踪算法进行研究，首先， 分析了太阳能光伏阵列的输出特性和传统的最大功率 ( 下转第 3931 页 ) 图 5 光强变化曲线阎淼，赵军锁，张文君：基于 RTEMS 的实时进程设计与实现说， 影响主要体现在保存现场、 陷入内核态、 恢复现场以及从 内核态返回的时间；对上下文切换来说， 影响主要体现在切换 线程页表。可以看出，系统调用和上下文切换时间开销依然 保持在一个较低的水平。[3] [2] (17) 3931 The Red Hat newlib C Library [EBOL]. of faults in a large industrial software system[C]. Proceedings of the ACM SIGSOFT International Symposium on Software Testing and Analysis. New York,USA:ACM,2002:55-64. 4 结束语基于 RTEMS 嵌入式操作系统设计实现实时进程， 操作系[4] Jorrit N Herder, Herbert Bos, Ben Gras,et al.Construction of a Dependable Computing Conference. Washington.DC.USA:IEEE Computer Society,2006:3-12. 统内核与应用程序运行在不同的特权级下，应用程序的错误 不会导致整个系统瘫痪，从而提高了系统的可靠性。基于实 时进程和 MMU， 可以对操作系统内核与应用程序、 应用程序 和应用程序之间提供强有力的保护措施，从而增加整个系统 的可靠性。例如： 对9 任务堆栈的溢出保护； 对中断堆栈的溢出 保护； 对操作系统某些关键模块的写保护；Execution Stack No 的保护 ( 需要目标平台 CPU 的支持 ) 等。 从实验结果可以看出， 进程管理和虚存管理的接口函数在典型情况下的平均运行时 间都在微秒级别； 在加入实时进程的支持后， 操作系统的实时 性与原系统非常接近，提高操作系统内核可靠性的同时保证了整个系统的实时性；通过采用逻辑地址与物理地址等同的 方式， 大大简化了系统的设计实现， 能够很好的满足嵌入式实 时系统应用需求。[8] [9] [1] OAR Corporation. RTEMS 4.8.0 on-line library[EBOL]. N Bershad, Henry M Levy. Improving the reliability of commodity operating systems[C]. Proceedings of the Nineteenth ACM Symposium on Operating Systems Principles. New York,USA:ACM,2003:. Daniel P Bovet, Marco Cesati. 深入理解 Linux 内核 ( 影印版 ) [M].3 版 . 南京 : 东南大学出版社 ,2006:. WindRiver Inc. Real-time processes (RTPs) for VxWorks 6.0 white paper [EBOL]. processormanuals,2008. Fabrice Bellard.QEMU, a fast and portable dynamic translator [C].FREENIX Track: 2005 USENIX Annual Technical Conference.Berkeley,CA,USA:USENIX Association,2005:41-46. 参考文献 : ( 上接第 3927 页 ) 65 60 55 50 功率 PW 45 40 35 30 25 20 0 传统 IncCond 0.2 0.4 0.6 时间 Ts 变步长 IncCond 0.8 1.0 2006. [2] Trishan Esram,Patrick L Chapmanparison of photovoltaic array maximum power point tracking techniques[J].IEEE Transactions on Energy Conversion (2):. [3] [4] 李晶 , 窦伟 . 光伏发电系统中最大功率点跟踪算法的研究 [J]. 太 阳能学报 :. Hohm D P,Ropp M Eparative study of maximum power point tracking algorithms using an experimental ,programmable, maximum power point tracking test bed[C]. 28th IEEE Conference on Photovoltaic Specialists,2000:. [5] Tac-Yeop Kim, Ho-Gyun Ahn, Seung Kyu Park, et al. A novel maximum power point tracking control for photovoltaic power system under rapidly changing solar radiation[C].Proceeding of IEEE International Synposium on Industrial Electronics,2001:. [6] Geoff Walker. Evaluating MPPT converter topologies using a MATLAB PV model[J].Journal of Electrical 输 出特 性 ; 最 大 功 率 点 跟 踪 ; 电 导 增 量 法 ; 变 步 长 光11 中图法分 类号 : M6 5 M944 T 1;T 1. 文献标 识码 : A 文章 编号 : o072 (o 9 1 — 9 50 10 — 0 4 2 0 ) 732 — 3 I lr V dM P T ag m p o e P l o m a e n o t u o e e f p P c1 s F ENG n — ig LI iO f i D0 g q n , a — e X ( c o l f lcr n ie r g Z e g z o 5 O 2 C ia S ei , z o ie s y oE c n t Z e g ) A s at P 00 ot c 丌 y i lt n a sd o id e e to s0mpe n xmu p wep it akn MP T o 订 1 b t c: e e n t r o n f re ce t o a o r y t ms An a c r t n r c ia d l 0 lr we se . s p s c u a ea dp a t l c mo e r o o o t ca r y e e0 e t M t o p o o o t c f p a i slt n ee ad be t e1 eh ns 1 e ms mo ecud i ltb t e Ua U rc i i p oo ot c r sl yi 0a 0 vl n 锄i s e t P n — 0 i l n tmp m tr . 1 s s l r V t ag rmm t u r n o i r ic i t l r t r u t oat ec n r e r c t em xi pO rpO n c r t y Ke 0 d :p oo oti c1 ; up t akn ( P ) n rmetl o d c n e loi m e sc xm m o e itrcig MP T ; ce na cn u 切 c g rh p t i a t ( c o d; a a ls ps e I C n ) r be t i n v i e z O 引 言受 外 界 环 境 因 素 影 响 变 化 大 , 电效 率 低 等 特 点 严 重 制 发 约 了光 伏 效 应 太 阳 能 电 池 的推 广 使 用 . 何 有 效 降低 光 伏 效 如应 太 阳 能 电 池 设 计 成 本 , 高 发 电效 率 是 目前 研 究 的热 点 和 提难 点 . 用 最 大 功 率 点跟 踪 技 术 可 以 最 大 限度 提 高 光伏 电池 采 输 出功 率 , 而 显 著 提 升 光 伏 电池 的 工 作 效 率 . 最 大 功 率 点 从电 流 监 测 回 路 , 结 合 变 步 长 自寻 优 技 术 对 电导 增 量 法 进 行 了改 进 , 采 用 Ma a 软 件 对 几 种 算 法 进 行 了 分 析 比较 , 验 结 并 tb l 实 果 表 明 该 设 计 方 案 可 有 效 克 服 跟 踪 速 度 和 跟 踪 精 度 之 间 的矛盾 , 利 于 进 一 步 提 高 光 伏 电 池 的利 用 率 . 有1 光 伏 电池 的 等 效 模 型 与 输 出 特 性12 11 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 成 的 , 的 I 它 — v 特 性 随 光 照 G w, 1 和 电池 表 面 温 度 T ℃ ) 变 化 而 变 化 , ( n2 ) ( 的满跟 踪 控 制 器 , 过 调 节 负载 功 率 , 通 改变 光 伏 电池 板 的 输 出 电压和 电流 , 图 使 电池 板 输 出最 大 功 率 “ 目前 , 大 功 率 点 跟 试 . 最 踪算 法 主 要 集 中在 扰 动 观 测 法 和 电导 增 量 法 . 设 计 实 现 . 卅足 I( G,) =U, T . 根 据 电 子 学 理 论 , 得 光 伏 电池 的 实 际 等 效 电 可这两种主 要算法均 涉及调整 因子△ . △ u 取 值 与 能 否 很 好 实 现 最 大 功率 跟 踪 关 系 紧 密 . 设 置 太 大 , 致 跟 踪 精 度 △ 导不 够 , 阳 能 电池 工 作 点 虽 然 能 够 在 最 大 功 率 点 附 近 , 无 法 太却路 模型如 图 l 示 . 所 单 个 光 伏 电池 的输 出伏 安特 性 表 达 式 为I DI e =I — ( i e gad s n o ue E g em i r n n De g I p I d f L I J u ) z 图 1 光伏 电池 等效 电路T =G × sm 一 ) 1 】 I( c G( 【 ) 4 K =( ). ) T. . I 一 )( ) I T I=I ) ( 厂 1 × o 1 T r e × ) () 5 () 6 I 1 ml “ … .) 毗 ) T=I e 1 13 一() 7 () 8 d d I . U l 1 J Xv . xv 四 )qn T × q n =I × k l e u () 9 式 中 : —— 光 伏 电池 输 出 电流 , — — 光 伏 电池 输 出 电压 , I u I ——光 生 电流 , — — 二 极 管 反 相 饱 和 电流 , —— 短 路 电 p 6 凡—— 光 带宽 度 , 体 硅 的 E 一 般 为 11 E , — — 太 阳 辐 射 强 度 , 晶 .2 v G G ～ 标 准 太 阳辐 射 强 度 , 般 G 一 一 =10 w 2 o0 r . n 图 3 相 同 G 不 同 T 下的 I , — 特性 . Pu u 1 光 伏 电池 输 出特 性 分析 . 2 本 文 选 用 S I e x6 0 电池 进 行 实 验 分 析 . 当 光 o rxMS O6 w a 强 G 10wl 温 度 T= 5 时 ,oa x X6 W 电 气 参 … = o0 I , I 2 .2 ℃ S lr e MS 0 O 6 数 为 : 2 . I 3 4 , l. I 35 P= 99 . 根 据 u = 1 . A u = 71 . 5 . O =7 = A, W 电 流 随 太 阳 辐 射 度 增 强 而 增 大 , 开 路 电 压 随 温 度 升 高 而 降低 ; 最 大 功 率 点 电压 约 为 开 路 电 压 的 7 %; 输 出 功 率 在 某 ③ 8 ④一点 达 到 最 大值 , 点 即 为 光 伏 电池 的最 大 功 率 点 ( P, 该 MP ) 且上 面光 伏 电 池 的 数 学 模 型 和 相 关 的 电气 参数 , 用 Maa 运 tb 建 】 立光 伏 方 阵 的计 算 机 模 型 “ 得 到 光 伏 电池 在 不 同 工 作 条件 下 , 的输 出特 性 曲线 , 图 2 图 3 所 示 . 如 , 随 光 照 强 度 的增 强 而 增 加 , 温 度 升 高 而 降 低 . 随2 自适 应 变步 长 最 大 功率 点 跟 踪算 法为 了提 高 光 伏 阵 列 的 工 作 效 率 , 需 要 对 光 伏 阵 列 的 输 出对 光 伏 电池 的输 出 特 性 进 行 分 析 得 出 : 光 伏 电池 在 低 ① 压 段近 似 为 恒 流 源 , 接 近 开 路 电 压 时 近 似 为 恒 压 源 ; 短 路 在 ②进行控制 , 使光 伏 电池 工 作 点 能够 快 速 准 确 跟 踪 当前 时刻 的 最 大功 率 点 . 动观 测 法 通 过 负 载 周 期 性 调 整 , 态 改 变 电源 输 扰 动出功率 , 比较 负 载 变 动 前 后 输 出功 率 的观 测 结 果 , 定 负 载 的 决14 下 一 步 变 动 方 向 , 而 保 证 电源 的 输 出功 率 最 大 . 控 制 逻 辑 从该 简 单易行 , 其适合与光强大 , 化 慢的工作状况 . 然而 , 尤 变 当光 强 快 速 变 化 , 方 法 极 易 发 生 逻 辑 误 判 引起 功 率 振 荡 , 而 该因 大 大 降 低 了光 伏 电池 工 作 效 率 . 电 导增 量 法 对 逻 辑 电 路 进 行了 改进 , 效 避 免 了 光 伏 电 池 在 最 大 功 率 点 进 行 振 荡 . 自适 有应 变 步 长 最 大 功 率跟 踪 点跟 踪 算 法 基 于 电 导增 量 法 设 计 实现 . 21 传 统 电导 增 量 法 . 由光 伏 阵 列 的 Pu 曲线 可 知 , 最 大 功 率 点 P 处 有 d . 在 一 P d 0 所以有 U= , d, Pd U=IU × I U :O + d d dU=. U I d I , (0 1) (1 1) 式 (1 为 电导 增 量 法 达 到 最 大 功 率 点 的条 件 , 1) 即输 出 电导 的变化 量 等 于 输 出 电 导 的 负 值 时 , 光 伏 阵 列 工 作 在 最 大 功率 点 , 随 后算 法 通 过 比 较 光 伏 阵 列 的 电 导 增 量 和 瞬 间 电 导来 改 变 控 制 信号 , 电 导 增 量 大 于 瞬 间 电导 的 区域 增 加 工 作 电压 , 在在 电 导 增 量 小 于 瞬 间 电导 的 区 域 减 小 工 作 电压 , 当 两 者 相 等时 , 电压 保 持 不 变 ; 电压 不 变 电流 增 加 时 , 加 工 作 电压 , 在 增 在 电压不变 电流 减 小 时 , 减 小 工 作 电 压 . 电导 增 量 法 控 制 流程图 2 相 同 T 不 同 G 下 的 I Pu 特性 . u, —图 如 图 4 所 示 . 冯冬青 , 李晓飞 : 基 于光伏 电池输 出特性的 MP T 算法研 究 P 跟 踪速度 . 20,0(7 093 1) 32 97 工 作 点 远 离 MP P 点 时 如 何 一 步 逼 近 是 此 算 法 的 关 键 . 首先 , 文 考 虑 的是 光 强 瞬 时 改变 时 的 跟 踪 过 程 , 对 于 光 强 的 本相 变 化 来 说 , 伏 电 池 表 面 温 度 的变 化 是 非 常 缓 慢 的 , 光 因此 , 在分 析 的 过 程 中 , 们 可 以认 为 光 伏 电 池 表 面 的温 度 保 持 不 变 我而 在 工 作 点 电压 不 变 的情 况下 , 伏 电池 输 出 电流 与光 强 近 似 光. 成 线 性 关 系 , 就 是 说 当光 强 改 变 , 也 电流 相 应 改 变 , 此 , 文 因15 本在 系 统 设 计 中另 增 加 一 个 电流 监测 回路 , l I > 时 , 明 光 当 ￡ 说 dl 幸 幸图 4 电导 增 量 法控 制流 程强 发 生 了较 大 变 化 , 时 马 上 调 整 控 制 策 略 , U 07u , 此 令 _ . 从 8 而 使工作 点快速转 到 MP P 附近 , 实现功 率点快速跟 踪 ; 当光照 稳定 , 电流 变 化 量 较 小 时 , 进 入 变 步 长 电导 增 量 法 模 式 , 则精确 跟踪最 大功率 点 . 由 1 - 的 光 伏 阵 列 输 出 特 性 分 析 可 2 节 知光 伏 电池 最 大 功 率 点 电压 约 为 开路 电压 的 7 %, 因 此 我 们 8 可 以通 过 检 测 光 伏 电池 开 路 电压 来 确 定 光 伏 电池 工 作 电 压 u, 使 u 0 8 其 算 法 控 制 流 程 图 如 图 6 所 示 . =. u . 7 传 统 的 电 导 增 量 法 能够 根 据 外 界 环 境 的变 化 做 出 正 确 的 跟 踪判 断 , 它 的 步 长 固定 , 长 过 小 会 使 阵 列 较 长 时 间 滞 留 但 步 在 低功 率 输 出 区 , 成 一 定 的 功 率 损 失 , 长 过 大 又 会 使 阵 列 造 步 在 最大 功 率 点 处 的 震 荡 加 剧 . 此 , 对 传 统 电导 增 量 法 存 因 针在 的 缺 点 , 文 提 出 了一 种 自适 应 变 步 长 电 导 增 量 法 , 决 了 本解1 始 N 初 化 , e l 检测 u()In n ,( ) 跟踪 速度和跟 踪精度之 间的矛盾 . + d U u( — ) I In 一 ( .) U= n — n 1 d = () In 1 d = ) ( )u( .) ( 一 ) P U 【 In . n 1 In 1 n s. d uI tp Pd 22 变 步 长 处理 技 术 . 由光 伏 阵 列 的 PU 曲 线 可 知 , 最 大 功 率 点 P 处 有 d — 在 一 P d = , 在 P 端 d U 均 不 为 O 因 此 我 们 可 以