【《光伏发电最大功率追踪算法硏究》2400字】

光伏发电最大功率追踪算法硏究目录TOC\o"1-3"\h\u8844光伏发电最大功率追踪算法硏究 1182101.1最大功率追踪控制原理 1304311.2.3电导增量法（INC） 2212721.3改进扰动观察法 3287501.1.1改进扰动观察法提出理论基础 3262311.1.2改进扰动观察法 5光伏发电系统能量来自光伏阵列，也就是说，阵列中每个光伏电池通过大量串联和并联光伏电池会聚能量并将其传输到电力系统。光伏电池是非线性电源，其输出电压和电流随外部光强度和温度变化而变化。当外部负载电路阻抗保持不变时，负载输出功率也会改变，因此研究最大功率跟踪技术对于提高光伏阵列输出效率是很必要。1.1最大功率追踪控制原理光伏电池输出的电压电流在不断变化中于一定环境下必有一定电压值。当光伏电池工作在最大功率的时候就输出这个电压值，就将这个电压值的点叫做最大功率点。要是想让电池的发电功率最大就得让这时候的电池输出功率最大。就是让它一直在最大功率点工作。用这种或者类似方法让光伏电池输出功率最大的技术就是MPPT,即是最大功率跟踪技术图8光伏电池功率曲线从上面图片可以看出，当Um在左侧时，太阳能电池输出功率随Um增加而增加，而在Um右侧，正相反，电压Um增加，输出电压降低。所以MPPT控制系统能收集光伏电池输出电压和电流来判断此刻光伏电池工作点，从而调节最大功率点。1.2.3电导增量法（INC）电导增加法还广泛用于当前光伏系统中，并且具有很强实用性。该方法原理是计算光伏电池两端输出电压值与功率值之间关系并改变规律，然后推导得出太阳能发电系统当前位置，确定其是否开启。在最大功率点左侧或右侧，然后确定调整输出电压方向。如图18所示，仅当dp/du=0时，光伏电池才达到最大功率点。当dp/du>0时，太阳能电池当前工作点在最大功率点左侧。当dp/du<0时，太阳能电池当前工作点在最大功率点右侧。因此，我们仅要确定dp/du比值是否大于零，小于零或等于零即可确定当前工作点位置并相应地进行调整。图13光伏电池P-U曲线的dp/du变化特征曲线太阳能电池对应于某一工作点瞬时输出功率表达式为：P=U×I上式(1.1)对U两边求偏导可得：dPI从式（1.3）可以看出，dp/du与0之间关系可以转化为IU和dIdU之间关系，因此系统可以依据IU和（1）dIdU>−I（1）dIdU<−I（1）dIdU=−I虽然电导增量法能实时追踪外部环境的变化来达到最大功率点，也具有很高的稳定性，但是同时也有难以选择扰动步长的问题。甚至还会有误判的情况出现。1.3改进扰动观察法上面一节分析了现在主要的MPPT算法，然后讨论该种算法的优点和缺点。所以来说这种算法应用容易，但它多少都有缺点，而且其实从应用大规模生产来说很难真正应用。这些年许多专家和学者都提出过改进型的控制算法，就成果来说与以前常用的算法比较还是显著提高了应用。可是之前提出的算法是基于FPGA芯片，所以成本资源消耗太大。传统干扰观测方法选择扰动步长困难这种问题，我们提出一种相对简洁，合适变步长的干扰观测算法用于FPGA芯片上来实现，能够解决传统扰动观察步长选择困难问题。1.1.1改进扰动观察法提出理论基础通过光伏电池P−U特性曲线，能够得知光伏电池启动时，输出功率随输出电压升高而加大。输出电压到Um时，电池输出功率随着输出电压增加而降低，如图19所示。图14光伏电池的P-U特性曲线扰动观察法本质来说就是一个自动寻找最高功率点的过程。通过对先前电压电流的收集和将收集的信息与当前的电压电流对比来调整输出电压的方向。调整后就会有一个控制每个电压幅度的步长。通过用占空比变化PWM波控制DC−DC电路电源开关装置来实现电压调整。传统摄动观察方法使用固定步长。改变步长的方式能智能化的话，我们就能把光伏电池的输出快速调整到最大功率点附近同时使电池输出到最大功率点时让振荡很小，这样电池的功率损耗就会减小；并且就算环境突变也能迅速做出响应把光伏电池调整到新最大功率点。观察图19，可以发现以下规则：①当光伏电池开始启动时，当MPPT跟踪开始时，其电压输出响应从OV逐渐增加到最大功率点电压。这时，我们希望获得更大∆U（干扰步长），以便光伏电池能够非常快地达到最大功率点，如P−U曲线A部分所示，这时控制参数②当曲线到达最大功率点附近时，我们希望得到一个较小曲线，以使最大功率点附近振荡变小，以减少输出电压引起损耗另外，当外部环境发生较大变化时，如果您希望MPPT对新响应，则在外部环境中，可以快速跟踪新最大功率点，并且需要更大∆U，如图B所示。为此，我们使用Pn−Pn−1作为∆U控制参数。当外部环境稳定时，Pn−P1.1.2改进扰动观察法上小节说改进扰动观察法理论基础。改进扰动观察法主要是变步长∆U选择。因此，∆U是一个函数，并且其控制变量是光伏电池输出电压U以及当前功率和前次功率差Pn−P∆U=在公式中，e是自然对数，Pn−P公式（1.4），表示的是步长函数。由公式可得0-20V时，也就是系统刚刚开始工作的时候步长就是e，这时候就能很快把输出电压调节到功率最大的点。输出电压接近工作电压的时候步长取决于Pn−Pn−1K绝对值。当P图20改进的扰动观察法上图可以看出优化器先是将电池的电压电流采样，然后计算功率，保存功率值。然后再次获取正电压扰动+Au后的功率。将它和之前获得的功率值比较。要是前面的功率值比后面的小，就对电池的电压进行一次判断，要是比20V大就将输出扰动电压再增加[Pn−P（n−