光伏系統(tǒng)中最大功率跟蹤的研究 摘要:光伏系統(tǒng)中最大功率跟蹤是太陽能發(fā)電研究的一個(gè)重要方向。提出了實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤的方法,比較了幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提最大功率跟蹤方法的正確性。 關(guān)鍵詞:最大電壓跟蹤;恒電壓跟蹤;光伏系統(tǒng)
0??? 引言 ??? 太陽能作為綠色能源,具有無污染,無噪音,取之不盡,用之不竭等優(yōu)點(diǎn),越來越受到人們的關(guān)注。由于光伏系統(tǒng)目前的主要問題是電池的轉(zhuǎn)換效率低且價(jià)格昂貴,因此,如何進(jìn)一步提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率,如何充分利用光伏陣列所轉(zhuǎn)換的能量,一直是光伏系統(tǒng)研究的重要方向。 1??? 太陽電池的特性 ??? 太陽電池的p-u特性如圖1所示,圖1(a)為溫度變化時(shí)的p- u特性曲線,圖1(b)是日照強(qiáng)度變化時(shí)的p- u特性曲線。太陽電池具有明顯的非線性,既包含了電壓源的特性,也包含了電流源的特性。
(a)溫度變化時(shí)??????????? (b)日照強(qiáng)度變化時(shí) 圖1??? 太陽電池的p-u特性曲線 ??? 太陽電池的輸出受日照強(qiáng)度,電池結(jié)溫等因素的影響。當(dāng)結(jié)溫增加時(shí),太陽電池的開路電壓下降,短路電流稍有增加,最大輸出功率減小;當(dāng)日照強(qiáng)度增加時(shí),太陽電池的開路電壓變化不大,短路電流增加,最大輸出功率增加。在一定的溫度和日照強(qiáng)度下,太陽電池具有唯一的最大功率點(diǎn),當(dāng)太陽電池工作在該點(diǎn)時(shí),能輸出當(dāng)前溫度和日照條件下的最大功率。 2??? 太陽電池的最大功率跟蹤 ??? 在光伏系統(tǒng)中,通常要求太陽電池的輸出功率始終最大,即系統(tǒng)要能跟蹤太陽電池輸出的最大功率點(diǎn)。太陽電池的伏安特性如圖2所示,圖中L是負(fù)載特性曲線,交點(diǎn)a,b,c,d,e對應(yīng)于不同的工作點(diǎn)??梢钥闯?,這些工作點(diǎn)并不正好落在電池提供的最大功率點(diǎn)(a′,b′,c′,d′,e′)處,這就不能充分利用在當(dāng)前條件下電池所能提供的最大功率。因此,必須在太陽電池和負(fù)載之間加入阻抗變換器,使得變換后的工作點(diǎn)正好和太陽電池的最大功率點(diǎn)重合,使太陽電池以最大功率輸出,這就是所謂的太陽電池的最大功率跟蹤。 2.1??? CVT方式的MPPT ??? 從圖2中可以看出,當(dāng)溫度一定時(shí),太陽電池的最大功率點(diǎn)幾乎落在同一根垂直線的兩側(cè)鄰近,這就有可能把最大功率點(diǎn)的軌跡線近似地看成電壓U=const的一根垂直線,亦即只要保持太陽電池的輸出端電壓為常數(shù)且等于某一日照強(qiáng)度下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓,就可以大致保證在該一溫度下太陽電池輸出最大功率。把最大功率點(diǎn)跟蹤簡化為恒電壓跟蹤(CVT),這就是CVT控制的理論依據(jù)。實(shí)現(xiàn)CVT的原理如圖3所示。圖中Usp*是給定工作點(diǎn)電壓,對應(yīng)于某一溫度下的最大功率點(diǎn);Usp是太陽電池的實(shí)際輸出電壓。給定電壓和實(shí)際電壓比較后經(jīng)過PI調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)結(jié)果與三角波比較得到PWM脈沖,驅(qū)動(dòng)功率器件,從而調(diào)節(jié)太陽電池的負(fù)載阻抗。不同的PWM脈寬對應(yīng)不同的負(fù)載阻抗。 圖2??? 太陽電池的伏安特性曲線 圖3??? CVT原理圖 ??? CVT方式具有控制簡單,可靠性高,穩(wěn)定性好,易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),比一般光伏系統(tǒng)可望多獲得20%的電能,較之不帶CVT的直接耦合要有利得多。但是,這種跟蹤方式忽略了溫度對太陽電池開路電壓的影響。以單晶硅太陽電池為例,當(dāng)環(huán)境溫度每升高1℃時(shí),其開路電壓下降率為0.35%~0.45%。這表明太陽電池最大功率點(diǎn)對應(yīng)的電壓也隨環(huán)境溫度的變化而變化。對于四季溫差或日溫差比較大的地區(qū),CVT方式并不能在所有的溫度環(huán)境下完全地跟蹤最大功率。 2.2??? True MPPT(TMPPT) ??? 鑒于CVT方式的局限性,它只能是一定溫度條件下的最大功率跟蹤,在不同溫度條件下仍有功率損失。真正的MPPT是指系統(tǒng)在任何溫度和日照條件下都能跟蹤太陽電池的最大功率。目前,最常用的控制方法主要是擾動(dòng)觀察法和電導(dǎo)增量法。 ??? 擾動(dòng)觀察法由于實(shí)現(xiàn)簡單,是最常用的方法。它通過對太陽電池輸出電壓、電流的檢測,得到電池當(dāng)前的輸出功率,再將它與前一時(shí)刻的記憶功率相比較,從而確定給定參考電壓調(diào)整的方向。若Δp>0,說明參考電壓調(diào)整的方向正確,可以繼續(xù)按原來的方向調(diào)整;若Δp<0,說明參考電壓調(diào)整的方向錯(cuò)誤,需要改變調(diào)整的方向。當(dāng)給定參考電壓增大時(shí),若輸出功率也增大,則工作點(diǎn)位于圖4中最大功率點(diǎn)pmax左側(cè),需繼續(xù)增大參考電壓;若輸出功率減小,則工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)pmax右側(cè),需要減小參考電壓。當(dāng)給定參考電壓減小時(shí),若輸出功率也減小,則工作點(diǎn)位于pmax的左側(cè),需增大參考電壓;若輸出功率增大,則工作點(diǎn)位于pmax的右側(cè),需繼續(xù)減小參考電壓。
圖4??? p-u特性曲線 ??? 給定參考電壓變化的過程實(shí)際上是一個(gè)功率尋優(yōu)的過程。由于在尋優(yōu)過程中不斷地調(diào)整參考電壓,因此,太陽電池的工作點(diǎn)始終在最大功率點(diǎn)附近振蕩,無法穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn)上。同時(shí),當(dāng)日照強(qiáng)度快速變化時(shí),參考電壓調(diào)整方向可能發(fā)生錯(cuò)誤。 ??? 電導(dǎo)增量法的原理是:在最大功率點(diǎn)處,有dp/du=0,即滿足di/du=-i/u。理論上它比擾動(dòng)觀察法好,能適應(yīng)日照強(qiáng)度快速變化,但由于傳感器的精密度等因素,電導(dǎo)增量法往往難以實(shí)現(xiàn)。 ??? 由于太陽電池特性的i=f(u)關(guān)系是一個(gè)單值函數(shù),因此,只要保證太陽電池的輸出電壓在任何日照及溫度下都能實(shí)時(shí)地保持為與該條件相對應(yīng)的Um值,就一定可以保證電池在任何瞬間都輸出其最大功率。 3??? MPPT的結(jié)構(gòu) ??? CVT控制結(jié)構(gòu)如圖5所示,它將太陽電池工作電壓作為反饋,達(dá)到穩(wěn)定電池工作點(diǎn)電壓的目的。圖中i=f1(u)與負(fù)載特性有關(guān)。
圖5??? CVT控制框圖 ??? TMPPT的實(shí)質(zhì)是在CVT的基礎(chǔ)上,實(shí)時(shí)的改變太陽電池的工作點(diǎn)電壓,使得工作點(diǎn)電壓始終等于最大功率點(diǎn)處的電壓,從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。它的內(nèi)環(huán)就是CVT。TMPPT的控制框圖如圖6所示。 圖6??? TMPPT的控制框圖 4??? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ??? 采用TMPPT實(shí)現(xiàn)太陽電池的最大功率跟蹤,通過在太陽能模擬器上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可得如圖7所示的結(jié)果,圖中的*就是太陽電池的工作點(diǎn)。它表明太陽電池工作在最大功率點(diǎn)處,TMPPT有良好的跟蹤效果。
圖7??? TMPPT的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 |
光伏系統(tǒng)中最大功率跟蹤的研究
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2009-05-30 20:13:4519
永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率控制的研究
提出一種采用永磁同步電機(jī)作風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)最大功率輸出的控制系統(tǒng)。風(fēng)力機(jī)按最大功率點(diǎn)跟蹤方式運(yùn)行,在考慮發(fā)電機(jī)損耗和變頻器容量的前提下,通過最優(yōu)化電流矢量控制
2009-08-14 17:05:2238
單神經(jīng)元在PV最大功率跟蹤控制中的應(yīng)用
詳細(xì)介紹了將神經(jīng)元的學(xué)習(xí)特性結(jié)合常規(guī)的PID控制算法,設(shè)計(jì)出單神經(jīng)元控制器,并將其應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變電源控制系統(tǒng)中太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制中。仿真試驗(yàn)表明,
2009-09-03 14:45:4922
光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制
太陽光發(fā)電作為潔凈的和未來最有希望的發(fā)電方式之一! 越來越受到人們的重視" 光伏發(fā)電系統(tǒng)各個(gè)方面的研究都在不斷地深入進(jìn)行著! 本文討論的太陽光發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟
2010-06-25 17:23:0165
永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率控制的研究
提出一種采用永磁同步電機(jī)作風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)最大功率輸出的控制系統(tǒng)。風(fēng)力機(jī)按最大功率點(diǎn)跟蹤方式運(yùn)行,在考慮發(fā)電機(jī)損耗和變頻器容量的前提下,通過最優(yōu)化電流矢量控制獲得最
2010-07-20 14:56:4733
最大功率跟蹤的光伏并網(wǎng)逆變器研究
光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是光伏系統(tǒng)發(fā)展的趨勢. 根據(jù)光伏陣列的特性,設(shè)計(jì)了一套新型的能實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤的光伏并網(wǎng)逆變器. 逆變器由DC-DC 和DC-AC 兩個(gè)部分組成并通過Dclink 相連接
2010-08-13 18:29:0639
單級式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中的最大功率點(diǎn)跟蹤算法穩(wěn)定性研究
單級式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)具有拓?fù)浜唵?,成本較低的優(yōu)點(diǎn)。但是這種系統(tǒng)中只存在一個(gè)能量變換環(huán)節(jié),太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum power point tracking, MPPT)、電網(wǎng)電壓同步
2010-08-13 18:30:3354
基于IR2101最大功率跟蹤逆變器的設(shè)計(jì)
為解決直流逆變交流的問題,有效地利用能源,讓電源輸出最大功率,設(shè)計(jì)了高性能的基于IR2101最大功率跟蹤逆變器,并以SPMC75F2413A單片機(jī)作為主控制器。高電壓、高速功率的MOSFET
2010-11-23 11:56:14235
分布式最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)可提高光伏系統(tǒng)效率
分布式最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)可提高光伏系統(tǒng)效率
按照目前的光伏系統(tǒng)價(jià)格計(jì)算,用戶通常在 7-8 年后才能獲得投資回報(bào)。政府激勵(lì)政策和光伏系統(tǒng)的
2010-04-24 08:34:152310
MPT612最大功率點(diǎn)跟蹤IC簡介
MPT612是首個(gè)針對使用太陽能光伏電池或燃料電池的應(yīng)用提供最大功率點(diǎn)跟蹤的低功耗集成電路。
2011-02-15 11:14:392548
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中最大功率峰值跟蹤對效率
輸入的直流功率取決逆變器工作在光伏陣列的電流-電壓曲線上的哪一個(gè)點(diǎn)上。理想狀態(tài)下,逆變器應(yīng)工作在光伏陣列的最大功率峰值上。最大功率峰值在一整天內(nèi)是不同的,主要是由于
2011-03-29 10:07:12176
光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤控制的仿真研究
在 光伏發(fā)電 系統(tǒng)中,光伏電池輸出特性受光照強(qiáng)度及環(huán)境溫度影響很大,具有明顯的非線性特征。因此,需要對光伏電池的最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤控制。文章簡單介紹了幾種常用的最大功率
2011-08-30 14:58:2235
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏電源最大功率控制系統(tǒng)
對太陽能光伏電源的最大輸出功率進(jìn)行了研究,采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光電陣列最大功率輸出點(diǎn)進(jìn)行識別、跟蹤、控制,設(shè)計(jì)了一種有效、實(shí)用的有源濾波器實(shí)驗(yàn)表明,本裝置能準(zhǔn)確跟蹤
2011-08-30 14:59:5437
基于輸出參數(shù)的光伏電池最大功率點(diǎn)控制
最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制技術(shù)是光伏系統(tǒng)領(lǐng)域中在一定環(huán)境溫度以及日照強(qiáng)度情況下太陽能電池陣列能夠輸出的最大功率。傳統(tǒng)的控制方法是檢測系統(tǒng)的輸入電壓和輸入電流,計(jì)算其
2011-08-30 15:07:0351
最大功率跟蹤逆變器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
為解決直流逆變交流的問題,有效地利用能源,讓電源輸出最大功率,設(shè)計(jì)了高性能的基于IR2101最大功率跟蹤逆變器,并以SPMC75F2413A單片機(jī)作為主控制器。高電壓、高速功率的MOSFET或I
2011-09-16 09:56:158364
獨(dú)立式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中最大功率控制研究
獨(dú)立風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)從能量的角度來看可以分為3部分,即能量獲取部分,能量存儲部分以及能量消耗部分。主要介紹了能量獲取所涉及的風(fēng)力機(jī)最大功率運(yùn)行和光伏電池最大功率跟蹤
2011-10-14 15:34:1652
最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)
MPPT控制器的全稱“最大功率點(diǎn)跟蹤”(Maximum Power Point Tracking)太陽能控制器,是傳統(tǒng)太陽能充放電控制器的升級換代產(chǎn)品。
2012-05-10 14:13:1820803
光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤技術(shù)
于降低光伏發(fā)電的成本,提高光伏電池發(fā)電效率的目的,本文對采用增量電導(dǎo)法來跟蹤光伏電池的最大功率進(jìn)行深入的研究,分析其輸出伏安特性、對采用BUCK電路電實(shí)現(xiàn)增量電導(dǎo)法來提
2012-10-26 15:06:1671
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤綜述
風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行需要快速準(zhǔn)確地進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤,為此綜述了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤的幾種方法,包括在太陽能電池陣列部分日益成熟、改進(jìn)和優(yōu)化策略較多的
2013-01-08 15:29:5160
小型風(fēng)機(jī)最大功率點(diǎn)快速跟蹤策略的仿真研究
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率受外界因數(shù)和風(fēng)速的影響。為了提高小型風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)換效率,文中采用一種最大功率優(yōu)化跟蹤算法。以變步長來跟蹤風(fēng)速變化,當(dāng)功率變化小于一個(gè)閾值
2013-09-03 17:12:1245
光伏并網(wǎng)電流源逆變器擾動(dòng)電阻最大功率跟蹤策略_熊宇
光伏并網(wǎng)電流源逆變器擾動(dòng)電阻最大功率跟蹤策略_熊宇光伏并網(wǎng)電流源逆變器擾動(dòng)電阻最大功率跟蹤策略_熊宇光伏并網(wǎng)電流源逆變器擾動(dòng)電阻最大功率跟蹤策略_熊宇
2015-11-10 11:36:293
限定尋優(yōu)區(qū)間的風(fēng)力機(jī)最大功率點(diǎn)跟蹤控制_張小蓮
限定尋優(yōu)區(qū)間的風(fēng)力機(jī)最大功率點(diǎn)跟蹤控制_張小蓮
2016-12-29 14:35:280
光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制器的實(shí)現(xiàn)_楊晶惠
光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制器的實(shí)現(xiàn)_楊晶惠
2017-01-30 23:17:312
光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的研究與改進(jìn)
光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池的輸出特性具有唯一的最大功率點(diǎn)(MPP),需要對光伏電池的最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤(MPPT)。文中分析了幾種常見的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法,對比分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。針對MPPT控制
2017-11-02 10:05:0018
光伏發(fā)電技術(shù)及模糊控制器在光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤中的應(yīng)用
針對采用干擾觀察法時(shí)最大功率跟蹤系統(tǒng)的輸出功率在最大功率點(diǎn)附近小幅振蕩的問題,設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用粒子群優(yōu)化算法(particle swarm optimization,PSO)的模糊控制器,并將其應(yīng)用于
2017-11-07 09:55:0422
光伏電源最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法
并提高對太陽能的利用率,對太陽能電池板的最大功率點(diǎn)跟蹤( Maximum Power Point Tracking)是有效途徑之一。目前最大功率點(diǎn)跟蹤控制的方法有爬山法、功率數(shù)學(xué)模型法、短路電流測試法及模糊控制、遺傳算法控制等,但控制方法均比較
2017-12-14 16:30:474
最大功率傳輸分析
當(dāng)負(fù)載的電阻值等于電壓源內(nèi)部電阻的值,允許提供最大功率時(shí),發(fā)生最大功率傳輸,通常,此源電阻甚至阻抗如果涉及電感器或電容器具有歐姆的固定值。
2019-06-23 09:44:3810373
一種20A最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)太陽能充電控制器設(shè)計(jì)
電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《一種20A最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)太陽能充電控制器設(shè)計(jì).zip》資料免費(fèi)下載
2022-09-08 09:52:5355
具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的雙輸入反激DC-DC變換器
電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能的雙輸入反激DC-DC變換器.pdf》資料免費(fèi)下載
2023-11-01 14:18:291
一種新型的最大功率跟蹤實(shí)現(xiàn)方法在太陽能充電器中的應(yīng)用
電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《一種新型的最大功率跟蹤實(shí)現(xiàn)方法在太陽能充電器中的應(yīng)用.pdf》資料免費(fèi)下載
2023-11-02 11:12:520
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