光伏系统中最大功率点跟踪方法的研究.doc

本文由fanxiaolei1103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。 第卷第期 年月 电力电子技术 ， 光伏系统中最大功率点跟踪方法的研究 郭勇，孙超，陈新 （南京航空航天大学，江苏南京） 摘要：在光伏发电系统中光伏电池的最大输出功率取决于温度和光照条件，采用最大功率跟踪（ ，简称）方法可以使光伏电池持续输出最大功率。研究了光伏系统中的最大功率控制部分，提出 了控制器的设计，介绍了几种常用的方法，其中重点研究了电导增量（ ，简称 ）法。给出了法的软件流程的设计，并在中建立了光伏电池的仿真模型。最后通过实验验证了 控制器的可行性，其的响应速度和控制精度均达到了预期要求。 关键词：太阳能发电；光电池最大功率点跟踪 中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（） （ 。 。 ， ，） ： （） （） ， ， （） ， ， ： ； ， 引 言 随着时代的发展，人类对能源的需求越来越 多，然而煤、石油、天然气等传统能源是有限的，只 有开发新能源才是解决能源问题的根本。光伏发电 是新能源和可再生能源的重要组成部分。各发达国 家都已经投入了大量的人力、物力对其进行研究开 发和应用。 图 池 曲线 原理 由于变换器具有阻抗变换的作用，当其 输出端负载一定时，通过调节占空比，可以改变 在光伏发电系统中，光伏电池是最基本的环节， 若要提高整个系统的效率必须提高光伏电池的转换 效率，使其最大限度地输出功率。然而，光伏电池的 特性为非线性。它随着外界环境（温度、光照强 度）的变化而变化，当工作电压改变时其输出功率也 变换器的输入阻抗。从而改变光伏电池的负载 阻抗。以变换器为例进行分析，其输入阻抗为： ，一玩一以 。一了一面一 ，、 、 会改变。为了始终获得最大的输出功率，需要进行最 大功率点跟踪（）。 若已知最大功率点（）所对应的负载阻抗， 即可通过调整变换器的。使，处在光伏电 池的上，如式（）所示。当外界环境变化时，仍 然可通过不断调整实现光伏电池与变换 器之间的动态负载匹配，从而实时获得光伏电池的 最大输出功率。所用蓄电池负载，可对光伏电池的能 光伏电池 图示出在一定光照强度下的光伏输出特 性曲线。可见，对应不同的负载阻抗负载线与光伏 电池输出特性曲线交点口，即工作点不同，光伏电池 输出功率也不同。在不同的环境条件下。按输出最大 功率的要求调整负载阻抗，可使光能得到最大利用， 即实现的控制【”。 定稿日期：一 作者简介：郭 勇（一），男，河南洛阳人，硕士研究生，研究 量进行缓冲删。 扰动观察法是一种常用的实现方法，它 通过改变光伏电池的输出电压，给以一定的扰动，实 时地采样光伏电池的输出电压和电流，计算其乘积， 得到光伏电池此刻的输出功率，并将其和上一采样 时刻的功率相比较。若大于上一时刻功率，则维持原 来电压扰动的方向；若小于上一时刻功率，则改变电 方向为功率电子变换。 万 方数据 第卷第期 年 月 电力电子技术 ， 压扰动的方向。这样确保了光伏电池的输出电压向 着使输出功率增大的方向变化，从而实现。但 扰动观察法也存在着缺点：当稳态工作时，?系统在 附近振荡造成能量的浪费；当光照强度快速变 化时会发生误判现象。 图示出光伏电池输出功率对电压的曲 线。由曲线可知，在处的功率对电压的导数为 零：在左边导数为正在右边导数为负。 可表示为： 式中：“为光伏电池光牛电流；，哪为电池单元的极管反向 饱和电流；为无量纲的任意曲线的拟合常数，当 光伏电池输叶高电压时，当光伏电池输出低电压时； 为波尔兹曼常数；为光伏电池的绝对温度；为电子电量； 。分别为串、并联等效电阻。 卜夕“（ 图光伏电池等效电路 等警“普一（古盖）（） 式中：，分别为电导和增鼍电导。 图示出在中建立的光伏电池模型的 仿真和曲线。可见。该仿真模型很好地拟了 光伏电池的输出特性最人功率点在 左右， 最大功率为 。因此可以运用该模型在 中对算法进行仿真。 图光伏电池曲线 通过判断与的关系来确定扰动的 方向。当，时，增大光伏电池的电压；当， 时维持光伏电池不变，当 时，减小光伏电池电压，从而实现。 法不受外界环境的影响，能始终实现， 因此应用相当广泛。图示出算法流程。 （）光伏电池仿真模型的一曲线 （）光伏电池仿真模型的曲线 图光伏电池的仿真曲线 根据算法的特点，运用建立的光伏 电池模型进行算法仿真。在仿真电路中，主电路拓 扑为变换器。光伏电池的模型转化为一子系 统。图示出法仿真得到的光伏电池输出电压 以、功率曲线。可见，设计的算法使， ， 使输出功率，基本在 ，验证了该算法的正确 性和可行性。 ， 。，：， （）（），昂（），（一 ， 产令 图 、 ， ， ， ， 法程序流程图 （）法仿真比伙电池输电瓜（）法仂蚝光伏电池输出功率 “后），分别为光伏电池输出电压的基准和 增量；，分别为两次采样光伏电池的电流差和电 压差；坼（忌），（）分别为第次采样的光伏电池输 出电压和电流。 图 法仿真光伏电池输：电压及功率 控制器设计 图示出光伏充电器系统硬件框图。在温度 光照 下光伏电池的最大输出功率 的仿真分析 为优化设计光伏发电系统，有必要研究适用于 ，开路电压以，短路电流；蓄 电池组采用两块 的铅酸蓄电池串联组成额定 电压为，充电电路采用变换器。由于 电路的开关管的源极足浮地的，所以其驱动电路为 变雎器隔离的驱动电路。 控制电路的核心选用位单片机， 其时钟频率为 ，具有强人的外设资源，包括： 一个模块。支持路信号的采样，转换结 果的精度为位或位，速度最快为扯；两个 光伏发电系统设计应用的工程数学模型。对硅太阳 能电池的理论数学模型简化分析，建立实用的硅太 阳能电池工程仿真模型可以方便地对光伏发电系 统进行研究设计。首先建立光伏电池的仿真模型图 示出光伏电池的等效电路其特性方程为： ，呼铲一警（） 万 方数据 光伏系统中最大功率点跟踪方法的研究 捕获比较单元，可以产生信号，捕获外部脉冲 表最大功率点输出数据 。代 信号；两个定时器模块可以产生定时中断，并且对外 部脉冲信号进行计数；两个同步串行通讯接口（） 和两个异步串行通讯接口（），可以实现单片机与 上位机以及外部设备的通讯。 寸、 羽 “赫丰圳一薹者 太阳能 电池 计鲤、光伏组件输出电压调节、 电池充放电控制，过流和过压保护 为防电流反灌二极管；为电路的电盛，斗 图光伏充电器系统框图 卫】? 、 ； 在系统中，采样坼，昂以及蓄电池的电压巩和 充电电流，。在定时器模块中断服务子程序里，计算 ，和坼的比值，即电导，完成算法的计算，找 割 ； 。 ： 、！ 气 ：、 ； 时 ！一：、！：、： ：一、 时 时 到所对应的二由于光伏电池外部环境的变 化相对比较缓慢。因此的变化也不会太快，所以 定时器中断的周期为；利用单片机捕获比较 单元的定时器中断，完成由酢与玩构成的电压环计 图实际测得的最大功率点及附近点的曲线 算，得到，通过模块输出，再经过隔离的驱动 电路去驱动开关，并且根据仉和厶防止蓄电池 结束语 针对光伏电池的特点建立光伏电池和电导增 量最大功率点跟踪控制算法的仿真模型。通过仿真 和实验验证了光伏转换系统中最太功率点跟踪控制 器的可行性。利用所提出方法可保证输出功率快速跟 踪光伏电池的最大功率点基本消除了稳态工作时输 出功率振荡现象。具有较高的控制精度和实用性。 参考文献 【】 ， 的过充和过放。捕获比较单元定时器中断的频率为 。功率管的开关频率为。 实验结果及分析 实验采用法进行。圉示出起动及 稳定工作时的玑和波形。可见，在 内系统就 实现了，在实现时，阢在一段时间内是 稳定的，当环境发生变化时以扰动找到。 一 ， ， 讧， 、 ；一 瓜 。，（）： 【】欧阳名三，余世杰，沈玉粱，等具有最大功率点跟踪功能 的户用光伏充电系统的研究叽农业工程学，（ ）： ? （ ）（ 略） （）起动时 （）稳定工作时 【】卢琳，殳国华，张仕文：基于的智能太阳能充电 系统研究叨电力电子技术，（）： 【】 ， 图 法起动时和稳定工作时实验波形 ， ， 表示出一组的数据。虽然温度变化不 大但日照变化剧烈。由表