基于功率差變步長擾動觀察法的MPPT控制算法
發(fā)布時間：2022-02-09 11:27
針對現有變步長擾動觀察法在模型復雜影響響應速度和環(huán)境適應范圍的問題,提出了基于功率差的變步長擾動觀察法。從光伏發(fā)電的數學模型出發(fā),對算法進行了理論推導,證明了功率控制在響應速度、適應范圍的優(yōu)勢。通過仿真對本方法與定步長、變步長、模糊控制方法進行了對比分析,驗證了算法的性能。所提出的算法易于工程實現,可為今后光伏系統(tǒng)最大功率控制提供技術參考。
【文章來源】：電源技術. 2020,44(07)北大核心
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
圖８?光伏系統(tǒng)仿真模型??４．１與定步長擾動觀察法比較分析??根據算法流程建立仿真模型，設置光伏電池溫度為??
＝Ｉｍ－（－＾－）－（ｌ?＋?ａＡＴ）?（８）??Ｆ；＝Ｆｍ－（ｌ－ＣＡｒ）－ｌｎ（ｅ?＋?Ｍ５）?（９）??式中：ＡＴ＝ｒ－?Ｔ？，ＡＳ＝Ｓ／Ｓ？—?１，７’？為額定電池溫度，標準值為??２５?＇Ｃ?；Ｓ為當前輻照度；Ｓａ為額定輻照度，標準值為１?０００??Ｗ／ｍ２；４為標準溫度和輻照度下短路電流；為標準溫度和??輻照度下開路電壓；ａ、ｂ、Ｃ的典型值一般為ａ＝０．００２?５?／？（：，??ｂ＝０．５，ｃ＝０．００２?８８／°Ｃｏ??１．２升壓電路??一般地，升壓電路結構如圖２所示。??設開關Ｓ的周期為ｒ，占空比為Ｄ，輸人電壓內阻為Ｋ，，??圖２?升壓電路原理圖??負載電阻為《〇，根據電力電子的知識，可以得到式（１０）：??２?ＭＰＰＴ控制原理??根據第１節(jié)的光伏電池工程模型，完成光伏電池的仿真，??假設光伏電池的輸人溫度Ｔ與輻照度Ｓ都為標準狀況值，即??ｒ＝２５ｔ：、ＳＨ?０００Ｗ／ｍ２。測量光伏電池的輸出特性，獲得的??Ｐ－Ｖ特性曲線如圖３所示＆??圖３?Ｐ－Ｖ特性曲線??圖３中輸出曲線是一個先單增后單減的單峰值曲線，存??在一個最大功率值，此時這個點稱為最大功率點（ＭＰＰ）。此圖??說明固定溫度和輻照度下的光伏電池輸出存在一個最大功率??點。任意改變溫度和輻照度，輸出特性曲線都會產生變化，最??大功率點也會改變［４１。??ＤＣ／ＤＣ電路采�。保玻吖�(jié)所說的Ｂｏｏｓｔ升壓電路，ＭＰＰＴ控??制原理框圖如圖４所示。??圖４?光伏ＭＰＰＴ控制原理框圖??從電路中采集數據，經由ＭＰＰＴ控制，尋找最佳占空比。??通過ＰＷＭ的控制，使得負載值與光伏內阻達到匹配，匹配的??等式如式（１０），此時風為光伏
龍逄技彖Ｅｌ??究與設計??１光伏電池和Ｂｏｏｓｔ電路模型??１．１光伏電池的仿真模型??近幾年有很多光伏電池的研究模型，較為普遍的是二極??管等效模型ｈ這種模型原理簡單而且精確度較高，可以用圖１??來??尼?／Ｌ．??－，ｖｉｌ?，?疋＞ｈ??圖１?光伏電池的等效電路??圖１中ｔ為光生電流，也為短路電流，其值受溫度和光強??的影響山為光伏電池的暗電流；＆為內部等效旁路負載；風??為內部等效串聯(lián)負載；ｉ為輸出電流；Ｋ為光伏電池輸出電??壓；及為光伏電池外部負載電阻。由圖１中，根據二極管特性??方程和節(jié)點電流定律，得到式（１）、式（２）：??ｊｉ．）??ＶＤ０．［ｅ?－１］?（１）??ｈ?＝?Ａｃ?＿?７ｖｄ?＿??ｖ，＋ｉ，Ｒｓ??（２）??式中：４ｃ為方向飽和電流，其值近似于一個常數；ｑ為電子電??荷，其大小為１．６ｘ?ｌ〇＿１９Ｃ；ｆｌ為二極管因子，一般�。保�；Ｋ為??玻耳茲曼常數，其大小為１．３８ｘ?ｌ〇ｉＪ／Ｋ；ｒ為當前環(huán)境溫度。??光伏電池的輸出特性與輻照度和環(huán)境溫度都有關，模型的結??果隨著這兩者的變化而變化。在實際狀態(tài)中，Ｒ？的值相當小，??而的值很大，所以式（２）簡化如下：??４＝４－??⑶??Ｃｉ和Ｑ的表達式為式（４）和式（５）：??Ｔ?￣Ｖ〇ｃ??Ｃ，?＝（１－－??（４）??（５）??以上工程模型即為四參數模型，若環(huán)境產生變化，４、匕、??ｔ和義隨之改變，新的四參數值大小由如下的公式進行確??定：??Ｃ?＝?Ａｃ＇（｜－）－（ｌ?＋?ａＡｎ?（６）??〇Ｌ．（ｌ－ｃＡｒ）．ｌｎ（ｅ?＋?Ｍ幻?（７）??ｒｍ＝Ｉｍ－（－＾－）－（ｌ?＋?ａＡＴ）?（８
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于改進電壓擾動法的光伏MPPT[J]. 王洪博,肖堯,肖仁軍,陳鑫,丁浩天. 電源技術. 2019(11)
[2]基于改進型變步長擾動觀察法的光伏系統(tǒng)MPPT研究[J]. 王碩禾,鄭俊觀,張國駒,張立園. 廣西大學學報(自然科學版). 2018(03)
[3]基于改進擾動觀察法的光伏MPPT研究[J]. 張國梁,李虹,劉立群. 電源技術. 2017(01)
[4]光伏電池數學模型分析及MPPT控制仿真[J]. 郭長亮,張素霜,李銘,杜海超. 電源技術. 2014(09)
[5]Boost電路在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應用[J]. 高任龍,謝樺,陳寧,艾則孜江·加帕爾. 電源技術. 2012(03)
[6]固定電壓法結合擾動觀察法在光伏發(fā)電最大功率點跟蹤控制中應用[J]. 熊遠生,俞立,徐建明. 電力自動化設備. 2009(06)
博士論文
[1]高轉換效率的CdTe薄膜太陽能電池性能與MPPT控制方法研究[D]. 鄧奕.武漢理工大學 2018
碩士論文
[1]光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤控制策略研究[D]. 孔飛.沈陽工業(yè)大學 2019
本文編號：3616924
【文章來源】：電源技術. 2020,44(07)北大核心
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
圖８?光伏系統(tǒng)仿真模型??４．１與定步長擾動觀察法比較分析??根據算法流程建立仿真模型，設置光伏電池溫度為??
＝Ｉｍ－（－＾－）－（ｌ?＋?ａＡＴ）?（８）??Ｆ；＝Ｆｍ－（ｌ－ＣＡｒ）－ｌｎ（ｅ?＋?Ｍ５）?（９）??式中：ＡＴ＝ｒ－?Ｔ？，ＡＳ＝Ｓ／Ｓ？—?１，７’？為額定電池溫度，標準值為??２５?＇Ｃ?；Ｓ為當前輻照度；Ｓａ為額定輻照度，標準值為１?０００??Ｗ／ｍ２；４為標準溫度和輻照度下短路電流；為標準溫度和??輻照度下開路電壓；ａ、ｂ、Ｃ的典型值一般為ａ＝０．００２?５?／？（：，??ｂ＝０．５，ｃ＝０．００２?８８／°Ｃｏ??１．２升壓電路??一般地，升壓電路結構如圖２所示。??設開關Ｓ的周期為ｒ，占空比為Ｄ，輸人電壓內阻為Ｋ，，??圖２?升壓電路原理圖??負載電阻為《〇，根據電力電子的知識，可以得到式（１０）：??２?ＭＰＰＴ控制原理??根據第１節(jié)的光伏電池工程模型，完成光伏電池的仿真，??假設光伏電池的輸人溫度Ｔ與輻照度Ｓ都為標準狀況值，即??ｒ＝２５ｔ：、ＳＨ?０００Ｗ／ｍ２。測量光伏電池的輸出特性，獲得的??Ｐ－Ｖ特性曲線如圖３所示＆??圖３?Ｐ－Ｖ特性曲線??圖３中輸出曲線是一個先單增后單減的單峰值曲線，存??在一個最大功率值，此時這個點稱為最大功率點（ＭＰＰ）。此圖??說明固定溫度和輻照度下的光伏電池輸出存在一個最大功率??點。任意改變溫度和輻照度，輸出特性曲線都會產生變化，最??大功率點也會改變［４１。??ＤＣ／ＤＣ電路采�。保玻吖�(jié)所說的Ｂｏｏｓｔ升壓電路，ＭＰＰＴ控??制原理框圖如圖４所示。??圖４?光伏ＭＰＰＴ控制原理框圖??從電路中采集數據，經由ＭＰＰＴ控制，尋找最佳占空比。??通過ＰＷＭ的控制，使得負載值與光伏內阻達到匹配，匹配的??等式如式（１０），此時風為光伏
龍逄技彖Ｅｌ??究與設計??１光伏電池和Ｂｏｏｓｔ電路模型??１．１光伏電池的仿真模型??近幾年有很多光伏電池的研究模型，較為普遍的是二極??管等效模型ｈ這種模型原理簡單而且精確度較高，可以用圖１??來??尼?／Ｌ．??－，ｖｉｌ?，?疋＞ｈ??圖１?光伏電池的等效電路??圖１中ｔ為光生電流，也為短路電流，其值受溫度和光強??的影響山為光伏電池的暗電流；＆為內部等效旁路負載；風??為內部等效串聯(lián)負載；ｉ為輸出電流；Ｋ為光伏電池輸出電??壓；及為光伏電池外部負載電阻。由圖１中，根據二極管特性??方程和節(jié)點電流定律，得到式（１）、式（２）：??ｊｉ．）??ＶＤ０．［ｅ?－１］?（１）??ｈ?＝?Ａｃ?＿?７ｖｄ?＿??ｖ，＋ｉ，Ｒｓ??（２）??式中：４ｃ為方向飽和電流，其值近似于一個常數；ｑ為電子電??荷，其大小為１．６ｘ?ｌ〇＿１９Ｃ；ｆｌ為二極管因子，一般�。保�；Ｋ為??玻耳茲曼常數，其大小為１．３８ｘ?ｌ〇ｉＪ／Ｋ；ｒ為當前環(huán)境溫度。??光伏電池的輸出特性與輻照度和環(huán)境溫度都有關，模型的結??果隨著這兩者的變化而變化。在實際狀態(tài)中，Ｒ？的值相當小，??而的值很大，所以式（２）簡化如下：??４＝４－??⑶??Ｃｉ和Ｑ的表達式為式（４）和式（５）：??Ｔ?￣Ｖ〇ｃ??Ｃ，?＝（１－－??（４）??（５）??以上工程模型即為四參數模型，若環(huán)境產生變化，４、匕、??ｔ和義隨之改變，新的四參數值大小由如下的公式進行確??定：??Ｃ?＝?Ａｃ＇（｜－）－（ｌ?＋?ａＡｎ?（６）??〇Ｌ．（ｌ－ｃＡｒ）．ｌｎ（ｅ?＋?Ｍ幻?（７）??ｒｍ＝Ｉｍ－（－＾－）－（ｌ?＋?ａＡＴ）?（８
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于改進電壓擾動法的光伏MPPT[J]. 王洪博,肖堯,肖仁軍,陳鑫,丁浩天. 電源技術. 2019(11)
[2]基于改進型變步長擾動觀察法的光伏系統(tǒng)MPPT研究[J]. 王碩禾,鄭俊觀,張國駒,張立園. 廣西大學學報(自然科學版). 2018(03)
[3]基于改進擾動觀察法的光伏MPPT研究[J]. 張國梁,李虹,劉立群. 電源技術. 2017(01)
[4]光伏電池數學模型分析及MPPT控制仿真[J]. 郭長亮,張素霜,李銘,杜海超. 電源技術. 2014(09)
[5]Boost電路在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應用[J]. 高任龍,謝樺,陳寧,艾則孜江·加帕爾. 電源技術. 2012(03)
[6]固定電壓法結合擾動觀察法在光伏發(fā)電最大功率點跟蹤控制中應用[J]. 熊遠生,俞立,徐建明. 電力自動化設備. 2009(06)
博士論文
[1]高轉換效率的CdTe薄膜太陽能電池性能與MPPT控制方法研究[D]. 鄧奕.武漢理工大學 2018
碩士論文
[1]光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤控制策略研究[D]. 孔飛.沈陽工業(yè)大學 2019
本文編號：3616924
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