【《光伏发电最大功率点跟踪基本原理分析》2700字】

光伏发电最大功率点跟踪基本原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u12996光伏发电最大功率点跟踪基本原理分析 1236281.1电导增量法 110801.2恒定电压跟踪法 3106511.3扰动观测法 44941.4Boost电路工作原理及参数计算 6326931.5基于MPPT的Boost电路Simulink仿真 7光伏电池在工作时输出的功率不能保持线性，所以它的P-V输出特性曲线同样无法保持线性输出的结果，会因为负载情况、日照强度和温度的不同而产生变化。即便是温度和光强固定不变，光伏电池输出的电压也难以自动保持恒定。该技术首先需要对光伏电池的输出功率进行动态监测，然后经过提前设定的控制算法处理数据，分析预估当前阶段的工作状态下光伏电池能够达到的最大功率输出点。然后相应地调整现阶段的阻抗值，最终达到让光伏电池稳定运行在最大功率点的目的，这个调整的流程就叫做最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)。依据电路原理：若太阳能电池板输出阻抗与负载阻抗一致，则能够达到最大输出功率REF_Ref71150276\r\h[3]。因为光伏电池的工作输出不能保持线性状态，意味着当光伏电池工作于不同程度的最大功率点时，其等效的瞬时动态内阻抗也是不一样的，正常情况下我们很难实时检测并调整光伏电池的内阻抗。所以需要使用可靠的控制策略来对光伏阵列的等效负载阻抗进行一个实时调节，尽可能的与光伏阵列的输出阻抗达成同步一致，完成稳定达到输出最大功率的目的。所以，实现光伏电池阵列MPPT的过程，也就是需要使其输出阻抗与负载阻抗保持一致的目的。1.1电导增量法相比于扰动观察法，电导增量法并不是一开始就伴随着光伏应用的产生而出现的，它是在光伏行业一步步发展的过程中完善出来的。从光伏电池的P-U输出特性曲线可知，在其最大功率输出点Pmax（3-1）（3-2）（3-3）电导增量法实现最大功率点跟踪的原理是当光伏电池工作在最大功率点时，将光伏电池的输出功率与电压的进行进行计算。将光伏电池现阶段工作过程与上一次工作过程输出功率的差异进行比较分析，从而得到后一个工作过程的跟踪偏向。从结果来看，使用电导增量法系统的响应速度可以在满足要求，并且实现比较高的控制精度，能够达到在比较复杂的工作状态下完成MPPT的目标。然而，在性能优越的同时，它也给控制系统的检测元件带了很大的负担，需要硬件比较优秀的产品才能够稳定运行，这使得逆变器的制作成本提高了不少。图3-1为电导增量法的流程图。图3-1电导增量法控制流程图1.2恒定电压跟踪法恒定电压跟踪法的原理要简单很多，主要原理就是先得到给定温度和光照强度条件下的最大功率点的开路电压Usc，然后使光伏电池的最大功率点电压固定在Uref上下，Uref为0.78U图3-2恒定电压跟踪法流程图1.3扰动观测法根据光伏电池的P-U特性，通过人为设置适当的扰动电压，使光伏电池的电压输出受到连续扰动。通过对光伏电池扰动前后功率差异的对比分析，选定施加扰动电压的扰动变化方向。假设扰动后光伏电池的输出功率增加，说明扰动可以施加在同一方向的输出电压U上；但若是施加干扰后光伏电池的输出功率降低，则应该对光伏电池的输出电压U施加相反方向的干扰。在一个控制周期内，输入适当的扰动K，使光伏电池的输出电压U略有变化，比较扰动前后的输出功率P0，这个过程称为干扰控制。通过对扰动前后输出功率P0值的分析，最终使光伏电池尽可能在最大输出功率点附近稳定工作。其方法原理如图3-3所示。图3-3扰动观察法控制流程图扰动观察法原理简单易懂，整个过程被测参数不多，对传感器精度的要求也比较低，在硬件方面易于实现。但是因为有扰动电压的存在，使得光伏电池在最大功率输出点附近工作时始终都有一个小幅的振荡。正因如此，整个光伏发电系统的稳态工作性能被大大降低，造成了较大的功率损失。除此以外，选择一个合适的初始值与扰动步长也是一件比较困难的事。选择的扰动步长过小，虽然精度得到了保障，但是跟踪速度很慢；选择的扰动步长过大，跟踪速度得到了提升，但是牺牲了精度。并且如果光照强度变化速度快，如多云天气，那么扰动步长法甚至会出现误判的情况。所以扰动步长法要根据光伏发电系统所在的实际现场情况，选择合适的初始值UPV通过三种常用的MPPT控制方法比较，可以知道电导增量法虽然控制精度高，对工作过程的参数调整响应速度快，但是该方法对控制系统的硬件，特别是检测元件的要求较高，增加了系统硬件实现的成本；恒定电压跟踪法的控制原理简单，使用容易，但是不足以面对环境因素变化剧烈的情况，有可能会出现误判的情况，严重影响光伏电池的工作效率；扰动观测法通过施加扰动电压来检测系统参数，如果光伏电池的输出功率开始减少，就施加反向的扰动电压，该方法操作较为简单，需要检测的参数也不多，对硬件的要求没有电导增量法严格，同时根据情况调试合适的初始值和扰动步长K后，可以在达到不错的控制精度的同时，还不容易发生误判，所以最后选择使用扰动观测法作为MPPT的控制算法。1.4Boost电路工作原理及参数计算光伏电池Boost升压电路原理图如下图3-3所示。图3-4Boost电路原理图在电流连续的工作情况下输出电压满足表达式：（3-4）其中D为开关器件的占空比，D<1,故UL其值始终大于，达到升压的目的，通过调节占空比D就可以改变输出电压的大小。Boost电路中参数设计主要是升压电感和输出滤波电容的设计，当一个周期内电感上充放电相等，假设无损耗，，是光伏电池发出的功率，是负载上消耗的功率，，，为光伏电池产生的电流，为光伏电池的端电压，为流过负载的电流，为负载端电压，结合式（3-4）并有，又有，故有，其中为流过电感的电流，电感电压公式为，最后得到电感公式：（3-5）式中为采样周期，为电感上的纹波电流系数，，当时L有最大值Lmax，为满足纹波要求电感的取值应满足,光伏发电系统中，，，最后求得。电容C的设计应满足下式：（3-6）公式3-6中为电压纹波系数，取1%。1.5基于MPPT的Boost电路Simulink仿真根据上述光伏模型,Boost电路模型，结合流程原理图搭建使用扰动观测法的光伏电池Simulink仿真，电路模型如下图3-5所示。图3-5扰动观测法MPP