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一种控制光伏系统最大功率点的方法 M. . 要： 在光伏系统中，为使其输出最大化而不受外界温度、光照辐射度以及所接电力负荷特性的影响，一种最大功率工作的跟踪技术得到了应用。在本文章中，我们认为光伏阵列提供电源。为最大化其输出功率，我们使用直 /直变换的路，并用 节器对其进行控制。控制器参数的整定采用 法。此外，我们应用一个小型信号系统模型以获得系统输出的转换功能。理论值和仿真值都在本篇中有所展现，而且实验的结果具有决定性。 关键词： 光伏系统 ；最大功率点跟踪； 直 /直升压斩波电路； 节器， 1 简介 自 20 世纪初以来，电力行业普便把以“大机组，大电厂和大电网”为主要特征的集中式单一供电系统作为现代电力工业的发展方向。经过 100 多年的发展，这种集中式的单一供电系统已经具有相当大的规模，为世界经济的繁荣和人民生活水平的提高做出了巨大的贡献。 从 20 世纪 80 年代末开始，世界电力工业出现了由传统的集中供电模式向集中和分散结合的供电模式过渡的趋势。近年来，以可再生能源利用为主的新型发电技术，主要是太阳能光伏发电和风力发电，还包括燃料电池 发电等，凭借发电方式灵活，与环境兼容等优点得到了快速发展。 光伏发电系统具有非线性的特征。其 性 性如图 1 所示。光伏系统（以下称 输出电压和输出电流的乘积的最大功率点称其为“ 为了达到最大的利用率， 板必然要在其最大功率点处工作运行。然而， 元温度以及负荷的变换的影响，其运行点会偏离 时为了在 统和负荷之间插入最大功率工作点跟踪系统（即 它可以调节系统使其在任何的环境下，都可以工作在 ，并且提高了系统的利用率 1。在现代 工程中，许多 调节器使用微控制器和计算机以实现复杂的算法，而且还有部分使用人工神经网络。这些系统都有着十分良好的性能。然而它们过于昂贵并且这些方法均需要得到一套独立的、稳定的电能供给来维持其运行；因此它们只在高能量场合适合应用。另外一种算法基于利用公式 P/ V = 0 以搜索功作点，既由“ P/ V”产生的信号作为 搜索的方向。这就使得在电压和电流为连续信号的情况，决定最大功率点成为了可能。在最近几年，很多基于这种控制算法的 用应用和证明。在参考文献 9和 10中，推荐了一种类似 的 制系统，其中同样含有 路以使得中 直直转换电路的输出电流。 图 1 统的 性 在这种方法中，为了降低系统的复杂性，电池的电压设定了一个常量 E，而且假定变流器为理想器件。因此，直直转换电路的输出功率 就约为 统的功率 P。 同样的方法在文献 11也得以体现， 其中电池电压设定为常数，并且将其与定值电阻 串联。在文献 12中考虑 了 路的损耗，既在 体管中的损耗。 在本文章中，经过重新考虑在文献 9和 12中所提出的实验实施方法。建议使用一种如图 3 所示的控制框图。为得到最大功率工作点，采用 路用以连接电池和 统的输出。此时， 制器必须使得“ P/ V = 0”，根据光照辐射度 和光电板的温度 T 调节占空比 则使上述控制得以实现。占空比为 节器提供的信号之一。为了合成 节器的相关参数，这里应用一个小型的信号系统模型以开发系统的转换功能。 节器的系统 方法的概要方案如图 3（ b）所示。伴随着 的输 出电压和输出电流的测量，其输出功率以及功率对电压的偏微分可以相继得出，并将其偏微分与 0相比较。误差信号作为 而向 其中： 在以上三式中， k , q , , (= ) , 和 T 分别为单元反向饱和电流 ， 波兹曼常数（ ） , 电子电量（ , 在温度为 25。 C，光照强度为 1000W/路电流的温度系数，单位为 W/光照辐射度，光照电流，硅元件的带隙电压，理想系数，在参考温度 并联电阻阻值，串联电阻阻值，单元的开氏温度值。 =理想工作点，可证明 故又可出： 其中， A = q/( , 在本文章中，根据 立 统模型。它由 36 个相连的单晶单元串联而成。其在标准环境（光照辐射度为 1000W/午，太阳光谱，单元温度为 25。 C）下的测量的铭牌相关参数如表 1所示。 其他的参数的值如下 图 4 型的等效电路 表 1： B. 在这里我们可以推断，从连续模型的等效电路（图 2（ b）中，可以得到下列等式： 其中， 感阻抗，晶体管在打开状态时候的阻抗，电池阻抗，二极管的电压阈值。 现在对系列等式（ 8理想工作点处进行扩展，在这里，对于每一个定义工作点的集合 V, , I , 这里都标记为 q= q。 在稳定的状态时，有 对于理想工作点附近的小变化的系统，可以用下面的控制图进行表示。 符号 相应参数 参数值 T 单元温度 25 C 路电压 路电流 大功率电流 大功率电压 大功率 55W 路电流的温度系数 图 5 系统的系统控制框 其中 y(t)= (t) , G0(s)= . 为有理分式，并且R(0)=1， 为积分阶数。 其中 如今，在 中有查表法（“ 扰动观察法（ 电导增值法 (动态法（ 等 对于 控制器，其控制的主要任务就是维持 P / V = 0 。使得输出功率对电压偏导为零的相应电压值，可由电导增值法计算得出，为使输出电压改变，由于光伏系统为直流系统，这里可以利用 升压的斩波。同时使用 通过电压比较器和触发电压对 占空比进行 得到相应的电压，使得光伏系统运行在最大功率点。 3、仿真方法 利用 的 们可以搭建该文章所提及的系统模型。其仿真模板在图 6 中得以表示。 在 用等式（ 1而在变流器和电池模型中 ,应用等式（ 8 这里提倡使用一种能够使 电路图如图 7所示。 图 6 仿真系统的框图 图 7 踪电路框图 四、控制系统的流程 控制系统的流程图在图 2（ a）和图 3（ b）已经展示出来。在控制电路中，直直变流电路包含一个 额定值为 60V 50A，而且 。回扫二极管 D 具有快速关断的功能。在电路的输入端，电感线圈缠绕在铁芯上，并带有一定的气隙，以此来防止可能由较大的直流电流造成的饱和。在输出侧，直直变流电路连接在两个 12V/85 制系统包括三大部分，分别为 节电路、比较器和 出功率运算程序电路。其中运算电路应用 成电路来实现乘除的信号运算。为了保证更高的精确度，可以应用霍尔元件来提取 统的输出电流。其次，在运算电路中，应用微分器提取 统电压追踪最大功率点的电压。此外，该控制 系统还应用集成电路 五、结果和相应的讨论 A理论值 基于博得方法采用频率合成法获得的 制器的增益和积分常数分别为 T=9. 在 路中， L=1 并选择输入电容 C=16想的 所示 表 2 在不同的光照和温度下的输出电压 （ W/ T(K)的值 ) ) =100 T = =1000 T = =1000 T = =100 T = 中，转换频率为 15 在这里我们应用仿真来展示系统对不同的温度和光照辐射度剧烈变化的响应。为达到以上目的，光照辐射度和温度 00W/且分别在 000W/如图 8（ a）和 8（ b），反之亦然。也就是说，在 将光照辐射度和温度分别从 1000W/00 W/ 由仿真得到的 所示。 观察表 2 和表 3，可以明显地看出，一方面 统的输出功率和输出电压的平均值与 一方面，由仿真得到的数据与 C 语言程序得到的数据几近吻合。 于直直换流器切换工作的影响，数据会在理想值的上下振荡。 表 3 在不同的光照和温度下的输出电压 （ W/ T(K)的值 ) ) =100 T = =1000 T = =1000 T = =100 T = C实验结果 在仿真的基础上，现应用上述方法进行实验。实验电路包路 速切换的二极管，单电感的 路。在没有测量光照辐射度的情况下，为了履行经验，我们进行了如下的试验： 在黑屋中（没有风以及日光），用灯炮型号为 250W 的悬挂式探照灯向 列提供给定的光照（ I）以及温度 (285K)。在这种情况下（ 经测量可得，一方面开路电压 =）短路电流变换负荷的情况下我们也可以得到一系列不同的输出电压和输出电 流。测量的结果可以用来绘制 性曲线，进而得到在光照强度为 I 最佳的工作点“ 如图 10 所示） 首先，我们将直直变流器的输入与 输出与电池相连。其后，使用 出信号 门极。 踪器使得工作点为理想工作点。 实验结果展示在图 10，图 11（ a），图 11（ b）和图 12中。在光照强度为用 性， 统的理想输出电压和理想输出功率的响应在 为： 2V 测得的响应电流为 应用 们得到了最大功率电压 (图 11（ a） ) 最大功率电流 9 11（ b） )的理想工作点。所以， 最大的输出功率响应为 这些结果表示在 出电压，输出电流分别提高 ， 4% ， 。 六 结论 中包括，由控制系统驱动的、连接在
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