導語：如何才能寫好一篇最大功率，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、光伏電池的最大功率跟蹤

光伏電池在進行光電能源轉(zhuǎn)化和電流輸出的過程中，輸出的電流總量和效率普遍受到周圍環(huán)境多方面影響。一般情況下光伏發(fā)電設(shè)備只有在一定條件的溫度和光照強度下才能保證光伏電池穩(wěn)定地輸出，當電池工作達到某個特定的電壓時能就可以實現(xiàn)光伏電池功率的最大輸出，也就是達到了光伏電池功率輸出曲線的峰值，這個點也被稱為光伏電池的最大功率點。因此想要在進行光伏發(fā)電的過程中提高整個發(fā)電系統(tǒng)的整體工作效率，其中一個非常重要的方法就是對光伏電池的工作點進行全時段調(diào)整，保證光伏電池的工作始終處于最大功率點，這個工作過程就是光伏電池的最大功率點跟蹤，目前的光伏電池的整體價格和相關(guān)成本都特別高，在整個光能發(fā)電系統(tǒng)中的整體投資中光伏電池成本占很大一部分，因此提高光伏電池的使用效率在很大程度上能夠降低發(fā)電系統(tǒng)的整體投資總量。光伏電池在進行工作的過程中產(chǎn)生的電壓會因為光照強度和環(huán)境溫度的變化而不斷發(fā)生變化，最大功率跟蹤的目的就是通過控制光伏電池的最大功效點電壓實現(xiàn)光伏電池各種環(huán)境中都能夠輸出最大的功率，在光伏電池最大功率的左邊電池的輸出功率和電壓的變化成正相關(guān)，在光伏電池最大功率的右邊電池的輸出功率和電壓的變化成反比。而在這個調(diào)試過程中就要做好調(diào)試工作，其中MPPT控制的主要作用就是當光伏電池的輸出功率最大功率點在左邊時會使得光伏電池的實際工作電壓升高，從而逐漸無限接近輸出的最大功率點。當最大功率點在電流輸出點的左邊時會使得光伏電池的總體電壓降低，從而實現(xiàn)逐漸靠近最大功率點。

MPPT的工作能夠?qū)嵸|(zhì)實際上是一個自動尋找最優(yōu)化輸出點的工作過程，通過光伏電池矩陣尋找最佳電流和電壓的組合，以此得到最佳的排列功率輸出從而和之前的功率進行比較，這樣反復進行比對，知道找出該組電池的最大功率點。通過尋找不同的方法進行最大功率輸出點進行測量，選擇的方法要根據(jù)實際的環(huán)境情況和試驗設(shè)備進行確定實際采用的研究方法，在無法確定試驗數(shù)據(jù)的時候可以通過仿真的試驗來進行試驗，本文中使用的方法在最大程度上避免了最大功率輸出值測定時產(chǎn)生的震蕩和總體能量流失，從而實現(xiàn)了電路啟動過程中最快速和最穩(wěn)定的最大功率輸出跟蹤，提高光伏電池的工作效率。

二、結(jié)束語

篇2

1電源的最大功率問題

電源的功率是P電源=EI，由于電源電動勢E一定，故只要電流I有最大值時就有電源最大功率.由閉合電路歐姆定律有I=ER+r，故當R+r最小即R=0 （即將電源直接短接）時有最大電流Imax，此時電源功率有最大值P電源-max=E2r，此時電能全部轉(zhuǎn)化為電源內(nèi)阻r的內(nèi)能，由于電源內(nèi)阻r一般很小，故此時電源的熱功率較大，電源發(fā)熱厲害，很容易燒毀，這就是電源為何不能短接的根本原因.

2電源的最大輸出功率兩類問題和一般性條件

電源的輸出功率是指電源的路端電壓U與干路電流I的乘積即P=UI，根據(jù)能量守恒電源輸出功率也等于電源的功率與電源內(nèi)阻消耗的熱功率之差即

P=EI-I2r.

（1）無定值電阻的純電阻電路

如圖1所示，電動勢為E，內(nèi)阻為r，滑動變阻器R.對于此類無定值電阻的電路，其電源最大功率的求解可以從負載R及電流I兩個角度分別利用數(shù)學知識進行求解.

①從負載R的角度求解

電源的輸出功率：

P=UI=I2R=（ER+r）2R=E2R（R-r）2+4Rr

=E2（R-r）2R+4r.

由上式可以看出，當負載電阻等于電源內(nèi)電阻時（R=r），電源有最大輸出功率Pmax=E24r；

當R

當R>r時，P隨R的增大而減??；因此才可以定性繪出如圖2所示的P-R圖，對于每一個小于Pmax的功率P值總有兩個電阻R1、R2.

這種方法是參考書常用方法，對于數(shù)學知識儲備有限的高中生而言，只能定性地理解電源的輸出功率P隨電阻R的變化關(guān)系，不能精確地描繪出P-R圖象，因而由P-R函數(shù)表達式過渡到P-R圖的直觀化表達具有一定的思維跳躍度，而這一階梯往往成為學生理解的難點.為了有效化解這一思維難點，我們嘗試從電流I的角度進行理解.

②從電流I的角度求解

P=P總-P內(nèi)=EI-I2r（1）

由學生熟知的數(shù)學知識可知這是一個關(guān)于電流I的一元二次方程，其P-I函數(shù)圖象如圖3所示，對稱軸為

I0=E-2（-r）=E2r，

此時電源有最大輸出功率

Pmax=E?E2r-（E2r）2r=E24r.

再由R總=2r，及R總=R+r，可知R=r時電源有最大的輸出功率.

結(jié)合圖3學生比較容易理解：

當I=ER+r>I0=E2r時，電源的輸出功率P隨I的減小而增大；即當R

當I=ER+r≤I0=E2r時，電源的輸出功率P隨I的減小而減小；即當R>r時，電源的輸出功率隨R的增大而減小.

（2）含定值電阻的純電阻電路

如圖4所示，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，定值電阻為R0，滑動變阻器為R，其最大阻值為Rmax.為方便分析，我們接下來的幾種類型的最大功率問題都采用這個電路圖.

電源的輸出功率

P=P總-P內(nèi)=EI-I2r，

由（1）式可知，理論上當R總=2r，即R+R0=r時電源有最大輸出功率，然而電源內(nèi)阻r與定值電阻R0的大小關(guān)系并沒有確定，因此在實際問題中需要分情況討論：

若定值電阻R0≤r，則當R=R0-r時電源有最大輸出功率Rmax=E24r；

若定值電阻R0>r，則由P-I圖象可知當I=ER0+r+R靠近I0=E2r時有最大輸出功率；

而R0+r+R>2r，功率隨R0+r+R的增大而減小；

故當R=0時電源有最大功率Pmax=E2R0R0+r；

當R=Rmax（即I=ER0+r+Rmax）時電源有最大輸出功率Pmax=E2RmaxR0+r+Rmax；

（3）電源最大輸出功率的一般性條件

以上討論的都是純電阻電路中電源的最大輸出功率問題，那如果外電路是含電動機的非純電阻電路，其電源的最大功率又該如何求解呢？

如圖5所示，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，AB兩點間的電路可能含有電動機，設(shè)路端電壓為U，則電源的輸出功率為

P=IU=E-UrU=-1r（U2-EU）

=E24r-1r（U-E2）2.

故當U=E2（即當R外=r）時電源就有最大輸出功率Pmax=E24r，但在一些具體電路中無論怎么調(diào)節(jié)外電路也不能實現(xiàn)U等于E2.從上面（2）的分析即可看出此結(jié)論的成立并不是對所有的電路都成立.不過我們還是可以得出電源最大功率的一般性條件：對于所有的電源電動勢為E、內(nèi)阻為r的電路（含非電阻電路），只要能通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R能實現(xiàn)U=E2 （即R外=r）時，則當U=E2 （即R外=r）時，電源有最大輸出功率Pmax=E24r，如不能實現(xiàn)R外=r時，只有當R外滿足R外-r的絕對值最小時電源有最大的輸出功率.

3定值電阻的最大功率問題

對于定值電阻的最大功率問題，我們可以采用“電流最大法”.如圖4所示，定值電阻的功率為：

P=I2R0=（ER0+r+R）2R0，

故當滑動變阻器R=0時，定值電阻有最大功率

Pmax=E24（R0+r）.

4可變電阻的最大功率問題

如圖4所示，我們可以采用等效電源法，可變電阻R的最大功率實質(zhì)上與等效電源（E，R0+r）的最大輸出功率完全相同（如圖6），因此可變電阻的功率為

P=P總-P內(nèi)=EI-I2（R0+r）；

若Rmax>R0+r，則當R=R0+r時電源有最大輸出功率Pmax=E24（R0+r）；

若Rmax

Pmax=E2RmaxR0+r+Rmax.

綜上所述，對于閉合電路的最大功率問題，首先應分清楚是純電阻電路還是非純電阻電路；其次應明確是求哪個元件的最大功率.然后再采用相應的方法：

（1）電源的最大功率問題、定值電阻的最大功率問題采用“電流最大法”.

篇3

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電；MPPT；恒壓法；導納法

1.引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，地球上不可再生資源也在不斷的減少，能源枯竭阻礙著人類的發(fā)展，對此人們在努力地尋找新能源。太陽能是理想的新能源，它取之不盡、用之不竭，而且作為清潔能源無大氣和放射性污染，具有很好的應用前景。

在對太陽能應用過程中，由于光伏電池的輸出不穩(wěn)定，受環(huán)境影響很大，輸出效率低，因此對光伏電池輸出最大功率點的跟蹤顯得重要。光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但只有在某一輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才能到達最大功率點。使光伏電池工作在最大功率點，就是最大功率點跟蹤。

目前國內(nèi)外已提出固定電壓法、擾動觀察法、電導增量法、自適應算法等多種MPPT算法，這些算法各有各的優(yōu)點，也都存在不足。本文以恒壓法和導納法為例，分析其基本原理后，分別對其進行系統(tǒng)仿真，得出相應的輸出曲線。

2.光伏陣列輸出特性

光伏陣列由多個單體太陽能電池串并聯(lián)封裝而成，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的能源供給中心。太陽能電池等效電路如圖1所示。

圖1 太陽能電池等效電路

圖2 光伏陣列輸出I-U曲線

其中：

式中，為光伏陣列電流，即光伏效應產(chǎn)生的原始電流；為反向飽和流；q為電子電荷；n為二極管因子，當溫度強300K時，n=2.8；K為玻耳茲曼常數(shù)；為陣列串聯(lián)等效電阻；Rs小為光伏陣列并聯(lián)等效電阻。

由于光伏陣列可以工作在不同的電壓下，其輸出功率由輸出電壓決定，根據(jù)光伏陣列輸出電壓電流曲線，如圖2所示，光伏陣列工作輸出功率為虛線圍成的面積。

根據(jù)光伏陣列輸出P-V曲線，如圖3所示，在輸出電壓Umax時，就會輸出最大功率Pmax，即在M點處為光伏陣列最大功率輸出點，且是唯一點。因此可以通過對光伏陣列輸出點電壓的控制，從而實現(xiàn)最大功率的跟蹤。

圖3 光伏陣列輸出P-V曲線

3.MPPT控制方法分析

基于不同環(huán)境下光伏電池輸出特性，有3種方法可以實現(xiàn)最大功率點跟蹤，即恒定電壓法（CV）、擾動法（PO）、導納法（IC）；CV法基于光伏電池最大工作點電壓在不同光強下基本不變的特點，控制電池電壓保持恒定。當日照強度較高時，諸曲線的最大功率點幾乎都分布在一條垂直線的兩側(cè)，這說明光伏陣列的最大功率輸出點大致對應于某一恒定電壓，這就大大簡化了MPPT的控制設(shè)計，即人們僅需從生產(chǎn)廠商處獲得數(shù)據(jù)Vmax，并使陣列的輸出電壓鉗位于Vmax值即可，實際上是把MPPT控制簡化為穩(wěn)壓控制，這就構(gòu)成了CVT式的MPPT控制。采用CVT較之不帶CVT的直接耦合工作方式要有利得多，對于一般光伏系統(tǒng)可望獲得多至20%的電能?；诤愣妷悍ǖ母櫰髦圃毂容^簡單，而且控制比較簡單，初期投入也比較少。但這種控制方式忽略了溫度對開路電壓的影響，以常規(guī)的單晶硅光伏電池為例，當環(huán)境溫度每升高1℃時，其開路電壓下降約為0.35～0.45%，具體較準確的值可以用實驗測得，也可以按照光伏電池的數(shù)字模型計算得到。以某一位于新疆的光伏電站為例，在環(huán)境溫度為25℃時光伏陣列的開路電壓為363.6V，當環(huán)境溫度為60℃時開路電壓下降至299V（均在日照強度相同情況下），其下降幅度達到17.5%，這是一個不容忽視的影響。PO法與IC法都基于最大功率點處U-P曲線斜率為0的關(guān)系對電池電壓進行擾動。PO法以為依據(jù)確定最大功率點，算法簡單；但是工作點始終在最大功率點附近振蕩.且該方法所用的判據(jù)在光照變化較快的情況下會導致跟蹤失敗。IC法在的基礎(chǔ)上推導出的判據(jù)，可以更好地適應快速變化的環(huán)境條件，避免跟蹤失敗，準確性更高，但是算法較復雜，跟蹤效果依賴于精密的測量結(jié)果，對測量電路要求高。

4.系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：

圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)光伏陣列輸出特性，即：

搭建光伏電池仿真模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由于光伏電池輸出曲線是非線性的，將光伏電池仿真模型進行封裝，得到系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖

在光伏電池模型搭建好后，再輸入端給定輸入信號溫度T（假設(shè)為25℃）和光照強度（設(shè)定為階躍輸入信號，初始值為500kw/m2，0.15s時發(fā)生階躍變化，設(shè)定值變化后值為1000kw/m2），得到恒壓法和導納法仿真結(jié)果及結(jié)果分析如下。

根據(jù)恒壓法控制流程圖，如圖6所示，搭建MPPT控制模塊，進行仿真。

圖6 恒壓法控制流程圖

圖7 恒壓法仿真波形

恒壓法仿真波形圖如圖7所示，由圖可以看出，在仿真開始后，系統(tǒng)在大約0.05s就跟蹤到最大功率，在仿真開始到0.1s是，光照強度發(fā)生變化，此后在0.5s左右跟蹤系統(tǒng)再次跟蹤到最大功率；根據(jù)圖示還可以得出，恒壓法在光照強度這一因素變化時，可以迅速跟蹤到最大功率點約90%，但是會產(chǎn)生一定的波動，這會造成光伏電池輸出功率的損耗。但是該控制簡單，易實現(xiàn)，可靠性高，而且系統(tǒng)不會出現(xiàn)大的振蕩，有很好的穩(wěn)定性，可以方便的通過硬件實現(xiàn)。

對于導納法，由光伏陣列的P-V曲線知，在最大功率點處其斜率為零，而P=VI，因此在最大功率點處有：

（1）

即：

（2）

式（2）即為達到最大功率點的條件。如果：

（3）

則光伏電池組件的工作點在最大功率點的右邊，此時應減小輸出電壓；如果：

（4）

則光伏電池組件的工作點在最大功率點的左邊，此時應增大輸出電壓。其控制流程圖如圖其仿真結(jié)果如圖8所示。

在仿真輸入端輸入溫度T=25℃，光照強度為一個階躍變化的信號，此階躍信號起始值為500kw/m2，在0.1s時發(fā)生階躍變化，階躍后值變?yōu)?00kw/m2，仿真結(jié)果如圖9所示，在沒有發(fā)生階躍變化時，仿真開始后0.0025s后跟蹤到最大功率，在0.1s輸入光照強度發(fā)生階躍變化后，功率輸出也發(fā)生變化，此時的系統(tǒng)也能在0.0025s時跟蹤上最大功率。

圖8 導納法控制流程圖

當光伏電池上的日照強度和溫度變化時，其輸出電壓能平穩(wěn)的追蹤其變化，且與太陽能電池組件的特性及參數(shù)無關(guān)；但這種控制算法實現(xiàn)起來相對復雜，而且檢測精度和速度在一定程度上會影響跟蹤的精度和速度。此外，該算法對步長選擇也有一定要求。

圖9 導納法仿真波形

5.結(jié)論

本文以恒壓法和導納法為例，對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行最大功率點的跟蹤算法進行了分析，并仿真，結(jié)果均表明該控制方法能快速有效的實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，驗證了所分析的MPPT控制策略的正確性和可行性，有較高的理論和實際價值。

參考文獻

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[2]周德佳，趙爭鳴，吳理博，等.基于仿真模型的太陽能光伏電池陣列特性的分析[J].清華大學學報：自然科學版，2007，47（7）：1109-1112.

[3]王桂英，史金玲，紀飛，王歡，等.光伏并網(wǎng)發(fā)電的最大功率點跟蹤算法研究[J].2010，7.

篇4

（貴州大學電氣工程學院，貴州 貴陽 550025）

【摘　要】介紹了光伏電池模型的工程數(shù)學模型，并在MATLAB/ SIMULINK 環(huán)境下建立了光伏電池的工程仿真模型。為了能夠?qū)崿F(xiàn)光伏電池的最大功率輸出，本文介紹了最大功率跟蹤的原理和方法。使用增量電導法實現(xiàn)最大功率點跟蹤。并在MATLAB/SIMULINK 環(huán)境下搭建光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型進行了仿真。仿真結(jié)果表明，搭建的光伏電池波形以及最大功率跟蹤控制的仿真結(jié)果證明了可行性，可以用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究。

關(guān)鍵詞 光伏電池；最大功率跟蹤；增量電導法；仿真

作者簡介：張曉航（1990—），男，碩士研究生，研究方向為電力電子在電力系統(tǒng)中的應用。

李凱（1988），男，碩士研究生，研究方向為電能質(zhì)量控制。

張卡（1989—），男，工程師。

0　引言

太陽能直接輻射到地球的能量豐富，分布廣泛，可以再生，對環(huán)境無污染，而且利于方便，是國際社會公認的理想新能源。因此，最近幾年太陽能光伏發(fā)電獲得廣泛的應用。然而，光伏電池受環(huán)境的影響比較大，比如光照強度溫度等等，直接并網(wǎng)容易對電網(wǎng)造成不良影響[1]。另外，光伏電池目前所普遍采用的是晶硅材料，而晶硅材料的成本較高而且轉(zhuǎn)換效率也比較低。為了減少能量功率損失，提高光照的利用效率，通常采用最大功率跟蹤控制使光伏輸出盡可能的達到最大功率。本文仿真所采用的是工程上所用的簡化數(shù)學模型。

1　光伏電池模型

光伏電池是利用半導體材料的光生伏打效應制成的，它的輸出電流及電壓受溫度、光照強度的影響，其中外界溫度變化主要影響光伏電池的輸出電壓，而光伏電池的輸出電流主要是由光照強度影響[2]。

本文所采用的是工程用光伏電池簡化模型為：

式中，e為自然底數(shù);b=0.5為常數(shù)；c=0.0028℃-1為標準條件下的電壓穩(wěn)定系數(shù)；a=0.0025℃-1為標準條件下電流溫度系數(shù)；Isc、Uoc、Im、Um分別為光伏電池板短路電流、開路電壓、最大功率點電流、最大功率點電壓。本文所搭建光伏電池板simulink模型就是基于上述工程數(shù)學模型。

2　光伏發(fā)電最大功率跟蹤（MPPT）及原理

本文最大功率跟蹤采用的是基于Boost電路的電導增量法，電導增量法是通過改變Boost升壓電路的占空比來調(diào)整光伏電池輸出的電壓，使之逐漸接近最大功率點的電壓來實現(xiàn)最大功率點的跟蹤。由光伏電池的功率-電壓特性曲線可以知在最大功率點出有dP/dV=0的關(guān)系，此時光伏電池的工作點位于此刻最大功率點處，需要保持參考電壓大小不變，使光伏電池始終工作在最大功率點處。

3　實例分析與仿真

本文所采用的光伏電池板為1000W，每塊電池板的參數(shù)為：短路電流Isc=12.92A，開路電壓Uoc=107.5V，最大功率點電流Im=11.42A，最大功率點電壓Um=87.5V。

3.1　光伏電池板仿真

由光伏電池的工程簡化模型可知，在光照與溫度一定時，其輸出電流為輸出電壓的函數(shù)。取標準光照強度S=1000W/m2，Tref=25℃，光伏組件的電壓-電流、電壓-功率輸出特性如圖1和圖2所示：

由圖1和圖2可知，在標準狀況下（光照為1000W/m2，T=25℃），光伏組件仿真開路電壓Uoc=107.5V，短路電流Isc=12.92A，最大功率點電流Im=11.42A，最大功率點電壓Um=87.5V，最大功率為1000W考慮到光伏組件實物的轉(zhuǎn)化效率，其誤差屬于可接受范（下轉(zhuǎn)第144頁）（上接第117頁）圍，表明仿真曲線得出的數(shù)值與廠家給定的幾個參數(shù)值基本相等，所以，所搭建的仿真模塊能較好地模擬光伏電池板輸出特性。

3.2　MPPT仿真分析

在標準狀況1000W/m2，T=25℃的條件下，接入負載R=100Ω電阻，Boost電路輸入端電容取C1=500e-5F，電感取L=3.675e-3H。輸出端電容C2=2.825e-5F。

在0.5s之前，光照強度設(shè)置為600W/m2，0.5s時光照強度突然增大到1000W/m2，由仿真結(jié)果圖3可以看出功率能夠迅速的跟隨光照強度的增加迅速達到最大功率。

4　結(jié)語

本文以光伏電池工程數(shù)學模型為基礎(chǔ)，通過建立simulink仿真模型，將其仿真實驗結(jié)果與實際情況相比較，驗證了此仿真模型的正確性。最后建立基于升壓電路的最大功率跟蹤仿真模型，最大功率跟蹤采用增量電導法，最后的仿真結(jié)果表明所搭建的模型能較好地完成對最大功率點跟蹤的工作，為深入研究其特性及應用打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

［1］何道清,何濤,丁宏林.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理與應用技術(shù)[M]．化學工業(yè)出版社,2012．

［2］胡長武,李國寶,王蘭夢,等.基于Boost電路的光伏發(fā)電MPPT控制系統(tǒng)仿真研究[J].光電技術(shù)應用,2014,29(1):84-88.

［3］王廈楠.獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)及其MPPT的研究[D].南京:南京航空航天大學,2008.

［4］楊文杰.光伏發(fā)電并網(wǎng)與微網(wǎng)運行控制仿真研究[D].成都:西南交通大學,2008.

［5］李潔,劉蘊達.光伏電池和MPPT控制器的仿真模型[J].電源技術(shù),2012,36(12):1836-1839.

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關(guān)鍵詞：風力發(fā)電；直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電機組（D-PMSG）；轉(zhuǎn)速控制；槳距角控制；最大功率跟蹤控制

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2011）34-0046-03

風能作為一種清潔可再生能源，受到了世界各國的高度重視。為滿足經(jīng)濟高速增長對電力供應的需求，我國發(fā)改委制定了中長期能源戰(zhàn)略規(guī)劃，力爭到2020年，風電裝機容量達到3000萬kW將替代2200萬噸標準煤，同時使我國的風電設(shè)計、制造和管理技術(shù)達到國際先進水平。因此發(fā)展風電已經(jīng)是不可逆轉(zhuǎn)的潮流，投資風電產(chǎn)業(yè)的企業(yè)目前應做的就是堅定信心，立足長運，充分研究，精心策劃，積蓄力量準備迎接風電發(fā)展的到來。

一、直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學模型

直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)（Directly Driven Wind Turbine with Permanent Synchronous Generator，D-PMSG）主要包括變槳距控制的風力機、永磁同步發(fā)電機（PMSG）、全功率變換器以及控制系統(tǒng)等四大部分。其中全功率變換器又可以分為：機側(cè)整流器（Generator-Side Rectifier，GSR）、直流環(huán)節(jié)（DC-link）和網(wǎng)側(cè)逆變器（Grid-Side Inverter，GSI）。直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

下面介紹一下風力機的運行特性和功率調(diào)節(jié)特性。風力機輸出機械功率表達式分別為：

（1）

式中表示為風速（m/s）；為空氣密度，單位為（）；為風輪的掃風半徑，單位為（m）；表示風能利用系數(shù)。

葉尖速比的表達式為：

（2）

根據(jù)風力機不同風速下控制策略和空氣動力學特性可知風力機最大功率跟蹤控制過程在切入風速到額定風速之間，將葉尖比表達式代入（1）式得：

（3）

在、、不變的情況下，由式（1）知風力機獲得的機械能為的函數(shù)，而又是、的函數(shù)，由此可見，對變化的風速在確定的漿距角的情況下需要有變化的相對應，才能保證總是保持最佳葉尖速比，才能使達到最大利用系數(shù)，獲得最大機械能，此時的為最佳轉(zhuǎn)矩。風力機最大輸出功率和最優(yōu)轉(zhuǎn)矩表達式為：

（4）

其中，

在最大輸出功率情況下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速表達式為：

（6）

由圖2所示的功率特性可以看出在不同的風速下，功率曲線上有唯一的轉(zhuǎn)速對應唯一的一個最大功率點，這對最大功率的跟蹤提供了基本思想，一是找到不同風速下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速作為參考值，控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)速跟蹤最優(yōu)轉(zhuǎn)速，以保證風力機獲得最大功率；二是通過找到不同風速下的最大機械能作為參考值，將發(fā)電機輸出功率作為反饋量跟蹤最大機械能，從而達到風能最大跟蹤的目的。

二、不可控模型轉(zhuǎn)速控制最大功率跟蹤算法

基于風能的充分利用，從分析風力機運行特性出發(fā)，針對變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的特點，研究葉尖速比控制、功率信號反饋法[4]的最大風能捕獲方法，總結(jié)其優(yōu)缺點，本文采用轉(zhuǎn)速控制風能跟蹤算法。轉(zhuǎn)速控制法結(jié)合了尖速比控制法和功率控制法兩種控制思想，在風速變化的情況下以保持最優(yōu)尖速比為目的，根據(jù)特性關(guān)系求得指定槳距角下的參考轉(zhuǎn)速指令，通過dc-dc變換器利用參考轉(zhuǎn)速指令控制發(fā)電機輸出功率，使得發(fā)電機轉(zhuǎn)速跟蹤參考轉(zhuǎn)速運行。轉(zhuǎn)速控制算法的優(yōu)點在于控制過程簡單，以保持最優(yōu)尖速比為條件，得到最優(yōu)參考轉(zhuǎn)速為控制指令，不需要得到確切的輸出功率―風速曲線，使用范圍廣泛，克服了功率信號反饋法的缺點。

（一）參考轉(zhuǎn)速搜索算法

由圖3特性關(guān)系可知當槳距角為0，在保證的最優(yōu)尖速比的情況下可獲得風能利用系數(shù)最大（貝茲理論極限值為0.593），通常在小于等于額定風速情況下設(shè)定槳距角為理想值0，通過控制變流器占空比改變發(fā)電機出口等效電阻，調(diào)節(jié)發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩跟蹤參考轉(zhuǎn)速值，從而捕獲風力機的最大風能。

特性關(guān)系表達式[5]如下所示：

（13）

其中，為風能利用系數(shù)；為葉尖速比；為槳距角。

參考轉(zhuǎn)速搜索算法的中心思想是根據(jù)特性關(guān)系表達式，在從0～15的范圍內(nèi)以0.01步長計算不同槳距角下利用系數(shù)的值，并進行比較獲得最大風能利用系數(shù)和其對應的，在根據(jù)公式（6）可計算得到不同風速下的參考最優(yōu)轉(zhuǎn)速。

最優(yōu)參考轉(zhuǎn)速的算法流程圖如圖4所示，T表示尖速比，angle表示槳距角，Cp表示風能利用系數(shù)。

（二）不可控模型DC-DC升壓斬波（boost）回路轉(zhuǎn)速跟蹤控制算法

圖 5 直流連接變流器轉(zhuǎn)速控制算法框圖

在不可控模型中，采用轉(zhuǎn)速控制算法跟蹤控制風力機輸出的最大功率，達到風能最大利用的目的，轉(zhuǎn)速控制通過直流連接環(huán)節(jié)IGBT管導通關(guān)斷的占空比調(diào)節(jié)發(fā)電機出口等效電阻，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟蹤參考轉(zhuǎn)速。根據(jù)圖5所示，參考轉(zhuǎn)速與風力機實際轉(zhuǎn)速的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到直流環(huán)節(jié)輸入電流的參考值，再和實際輸入電流比較后通過PI調(diào)節(jié)得到PWM控制的信號波，與三角波比較后得到控制直流連接環(huán)節(jié)的boost回路的占空比，調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，使其能夠跟蹤參考轉(zhuǎn)速以獲得最大輸出功率。

（三）槳距角控制系統(tǒng)

本文設(shè)計以風機轉(zhuǎn)速和功率為輸入信號的槳距角控制器如圖6所示，對槳距角的控制分為兩路：一路是通過發(fā)電機機械轉(zhuǎn)速與額定機械轉(zhuǎn)速的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)；另一路通過發(fā)電機輸出功率與額定輸出功率的差值進行比例調(diào)節(jié)。這樣，在風力機運行過程中，出現(xiàn)輸出功率大于額定功率或轉(zhuǎn)速超過額定值的情況時，槳距角控制器將調(diào)節(jié)槳距角的輸出值，隨著值的增加控制風能利用系數(shù)減小，使得機組運行不超過額定轉(zhuǎn)速和額定功率，從而保證機組運行的安全性。

三、仿真分析

根據(jù)上面對不可控模型轉(zhuǎn)速控制最大功率算法的分析在PSCAD/EMTDC中建立直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型，系統(tǒng)模型參數(shù)如表1和表2所示，槳距角控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置為：參考轉(zhuǎn)速，風力機額定功率，比例系數(shù)K=2，機側(cè)整流器控制回路參數(shù)設(shè)置為：功率環(huán)PI調(diào)節(jié)器比例參數(shù)，積分環(huán)節(jié)，d、q軸電流環(huán)節(jié)PI調(diào)節(jié)器比例參數(shù)，積分環(huán)節(jié)，仿真結(jié)果下所示：

圖7是風力機的仿真結(jié)果，圖7（a）是風速變化曲線，初始風速為10米/秒，t=2秒時風速躍變?yōu)?3米/秒，t=4秒時風速躍變?yōu)?5米/秒，t=6秒時風速躍變?yōu)?7米/秒。圖7（b）風力機轉(zhuǎn)速曲線，在初始時風力機在風速10米/秒穩(wěn)定運行，2秒時風速躍變?yōu)?3米/秒，MPPT跟蹤控制轉(zhuǎn)速增加到額定轉(zhuǎn)速，并在穩(wěn)定運行，之后風速分別越至15米/秒和17米/秒，因發(fā)電機轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到額定轉(zhuǎn)速，此時槳距角控制系統(tǒng)啟動調(diào)節(jié)，在這過程中保持風力機輸出轉(zhuǎn)速不變?yōu)?pu；圖7（c）是風能利用系數(shù)隨風速和風力機轉(zhuǎn)速變化的曲線，風速躍變?yōu)?3米/秒，由于風機慣性作用加速需要一定的時間，風能利用系數(shù)先降低后隨轉(zhuǎn)速不斷接近最優(yōu)轉(zhuǎn)速而達到最大值，當風速超過13米/秒后，超過我的風速，槳距角控制系統(tǒng)增加槳距角使得值逐漸減小，以保持風力機運行在額定轉(zhuǎn)速。圖7（d）是直接功率控制最大風能跟蹤功率輸出曲線，在風速變化過程中，實際輸出功率更正參考功率輸出值變化，在風速躍變過程中，可以從圖中看到實際輸出功率變化情況。圖7（e）槳距角控制調(diào)節(jié)過程中輸出的槳距角由0度上升到，再上升到。

圖8給出了發(fā)電機在風速變化時永磁同步發(fā)電機輸出電壓、電流、轉(zhuǎn)矩和功率，可以看出在額定風速13米/秒以下時，發(fā)電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩和功率通過變流器轉(zhuǎn)速控制跟蹤最大風能而變化，當超過額定風速后，它們就保持恒定值運行。

四、結(jié)語

本文結(jié)合永磁同步直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)的運行特性，提出了一種適用于永磁同步直驅(qū)風力發(fā)電機組的不可控變流器控制策略，在額定風速下，通過轉(zhuǎn)速控制跟蹤最大功率，超過額定風速后，通過槳距角控制系統(tǒng)使風力發(fā)電機組輸出額定功率。系統(tǒng)仿真表明：轉(zhuǎn)速控制法和槳距角控制器在風速變化過程中能夠很好地追蹤最大功率，達到控制不可控變流器的目標。

參考文獻

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篇6

[關(guān)鍵詞]35KV線路；最大輸送功率；功率因數(shù)

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0112-01

當線路架成后，35KV線路最大輸送功率受導線最大允許電流及線路允許電壓損失所制約。如何根據(jù)這兩個因素來確定呢？可以根據(jù)線路允許電壓損失及導線最大允許電流推導出一個判別式，可用這一判別式來確定35KV線路最大輸送功率。

1、負荷距

眾所周知，對鋼芯鋁絞線或鋁絞線而言，在線路電壓損失率為K（一般取0

式中U――額定線電壓或所在處的運行線電壓KV

U――線電壓損失KV

R0、XO――每千米線路電阻、電抗Ω/N

P、Q――輸送有功、無功功率，與V為同一地點之值KW、

kvar

L――線路長度km

將（1）式進行變換得：

令：電壓損失率k=U/U（0

則有：

2、導線的最大允許電流

導線在空氣中載流量按發(fā)熱條件有一最大允許值。導線按發(fā)熱條件，即環(huán)境溫度+25℃，最高允許溫度+70℃時，在額定電壓或所在處運行電壓下所輸送的最大功率為：

式中Pmax――按導線發(fā)熱條件的最大輸送功率KW

Imax――最大允許電流A

U――額定線電壓或所在處運行電壓KV

3、35KV線路最大輸送功率

由（3）式，可得線路輸送功率為：

令：（5）式等于（4）式，并考慮P=Pmax、I=Imax時，則有：

或得：

稱（6）式為判別式。當按判別式（6）計算得的IImax時，可按最大允許電流求得線路最大輸送功率。

4、舉例

（一）已知：湖南省鳳凰縣阿拉鎮(zhèn)至貴州省松桃縣大興鎮(zhèn)的35KV輸電線路采用度導線LGJ―70，允許電壓損失率K=0.07，始端電壓U=37KV，線間幾何距2.5m，始端負荷功率因數(shù)cosφ=0.9，線路長度L=15km時，求線路最大輸送功率？

解：查R0=0.45Ω/km、X0=0.40Ω/km、Imax=275A（環(huán)境溫度+25℃，最高溫度+75℃）

當cosφ=0.9時，計算得sinφ=0.4359，tgφ=0.4843，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入（6）式得：

故應按允許電壓損失率來計算導線最大輸送功率，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入（5）式，得：

本題若按導線最大允許電流計算（即按（4）式），可求得輸送功率為15861KW，但電壓損失率為K=0.087。

（二）已知：導線LGJ1―70，電壓損失率K=0.06，始端電壓U=36KV，線間幾何距離2.5m，始端負荷功率因數(shù)cosφ=0.92，線路長L=5m，求線路最大輸送功率？

解：R0=0.4540Ω/km、X0=0.40Ω/km、Imax=275A

當cosφ=0.92時，計算得sinφ=0.3919，tgφ=0.426

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入（6）式，得：

故應按最大允許電流來計算線路最大輸送功率，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入（4）式，得：

篇7

關(guān)鍵詞 最大功率點跟蹤；光伏發(fā)電；mppt；擾動觀測法；電導增量法；

中圖分類號：tm6 文獻標識碼：a 文章編號：1671—7597（2013）051-105-01

1 mppt概述

光伏產(chǎn)業(yè)是當今世界上增速最快的行業(yè)之一。為了實現(xiàn)環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展，光伏發(fā)電已成為很多國家發(fā)展新能源的重點，光伏發(fā)電將是未來主要的能量來源。

太陽能電池板的輸出功率與電池結(jié)溫，負載和日照的變化的關(guān)系十分密切，具有很強的非線性特點。在特定工作條件下，光伏陣列存在著唯一的最大功率點。如果直接應用，很難使之工作在最大功率點，無法使太陽能量得到充分的利用。為了充分利用太陽能源，通過最大功率點跟蹤（mppt）的控制方法來使能量最大化以逐漸成為發(fā)展趨勢。

2 常見的mppt控制方法

2.1 擾動觀測法

擾動觀測法（perturbation and observation method，p&o）是最大功率跟蹤算法中使用最廣泛的一種算法，基本思想是：首先增加或減小光伏電池板的輸出電壓（或電流），然后觀測光伏電池輸出功率的變化，根據(jù)功率變化再連續(xù)改變電壓（或電流）的幅值，使光伏電池輸出功率最終工作于最大功率點。

擾動觀察法由于簡單易行而被廣泛用于mppt控制中，但隨著研究的深入，該方法存在的不足之處逐漸顯現(xiàn)出來，即存在震蕩和誤判的問題。

在實際應用過程中，由于檢測精度和計算速度的限制，電壓擾動的步長一般是一個定值，在這種情況下，就會產(chǎn)生震蕩。當步長越小時，震蕩就越小，跟蹤的速度就越慢。要想達到理想的狀態(tài)，就要在速度和精度做權(quán)衡考慮。

在擾動觀察算法運行過程中，當工作電壓達到最大功率點附近時，由于步長恒定，有些情況下，工作電壓會跨過最大功率點，改變擾動方向后，工作電壓再一次反向跨過最大功率點，如此往復循環(huán)，即出現(xiàn)了震蕩，即擾動觀察法的震蕩問題。

當日照，溫度等外界條件發(fā)生變化時，光伏陣列的特性缺陷也會跟著發(fā)生變化。而擾動算法卻無法察覺到，算法還認為是在一條曲線上進行擾動觀察，此時就會出現(xiàn)擾動方向誤判的情況，即擾動觀測法的誤判問題。

定步長的擾動觀測法存在震蕩和誤判的問題，使系統(tǒng)不能準確的跟蹤到最大功率點，造成了能量損失，因此需要對上述定步長的擾動觀測法進行改進。其中，基于變步長的擾動觀測法可以在減小震蕩的同時，使系統(tǒng)更快的跟蹤到最大功率點；基于功率預測的擾動觀測法可以解決外部環(huán)境劇烈變化時所產(chǎn)生的誤判現(xiàn)象；基于滯環(huán)比較的擾動觀測法在最大功率點跟蹤過程中的震蕩和誤判這兩方面均有較好的性能。

2.2 電導增量法（inc）

經(jīng)過研究，最大功率點跟蹤實質(zhì)上就是搜索滿足條件的工作點，由于數(shù)字控制中檢測及控制精度的限制，以近似代替，從而影響了mppt算法的精確型。一般而言，由步長決定，當最小步長一定時，mppt算法的精度就由對dp的近似程度決定。擾動觀測法用兩點功率差近似替代微分dp，即從出發(fā)，推演出以功率增量為搜索判據(jù)的mppt算法。

實際上，為了進一步提高mppt算法對最大功率點的跟蹤精度，可以考慮采用功率全微分近似替代dp的mppt算法，即從dp=udi+idu出發(fā)，推演出以電導和電導變化率之間的關(guān)系為搜索判據(jù)的mppt算法，即電導增量法。

由于inc法在實際數(shù)字實現(xiàn)時，一般用來代替，因此，當在最大功率點附近一個步長范圍內(nèi)搜索工作點電壓時，會出現(xiàn)工作點在最大功率點兩邊震蕩的情形，這就是inc法的震蕩問題。當采用inc法時，在最大功率點處會出現(xiàn)三種工作狀態(tài)：第一種工作狀態(tài)為穩(wěn)定在一點的工作狀態(tài)（非mpp點）；第二中工作狀態(tài)為兩點震蕩工作狀態(tài)；第三種工作狀態(tài)為三點震蕩工作狀態(tài)。

當外界輻照度發(fā)生突變時，同擾動觀測法一樣，使用電導增量法進行最大功率點跟蹤時也會出現(xiàn)誤判?；谝陨蠁栴}，研究出了幾種改進方法，其中，基于變步長的電導增量法可有效的抑制震蕩問題，基于功率預測的電導增量法可有效的解決因環(huán)境變化而產(chǎn)生的誤判現(xiàn)象，而基于中心差分法的電導增量法則能夠減少震蕩和誤判的發(fā)生，有效的

提高了mpp的精度。

3 小結(jié)

本文主要對最大功率跟蹤算法的原理做了簡單闡述，并比較了幾種常用算法的優(yōu)缺點。在實際應用過程中存在的實際問題還需要做進一步研究。如能將幾種算法優(yōu)點有機的結(jié)合起來，取長補短，使之能滿足實際需求是今后的發(fā)展方向。隨著新興能源的不斷發(fā)展和各國政府的不斷支持下，光伏陣列最大功率跟蹤算法精度和速度的提高將來未來的發(fā)展趨勢。

參考文獻

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篇8

1、最大馬力就是也叫最大功率，最大功率轉(zhuǎn)速從字面意思看理解是發(fā)動機最大功率運行時提供的轉(zhuǎn)速，發(fā)動機在輸出最大功率的時候?qū)那S轉(zhuǎn)速就是最大功率轉(zhuǎn)速。發(fā)動機的輸出和轉(zhuǎn)速有著直接的關(guān)系，在剛開始輸出的時候，發(fā)動機的輸出功率就會隨著轉(zhuǎn)速的升高而加大。

2、最大扭矩就是發(fā)動機曲軸的扭轉(zhuǎn)力矩，相同傳動比的車，力矩越大越有勁。最大功率是扭矩和轉(zhuǎn)速在單位時間所做的功。自然吸氣發(fā)動機的最大扭矩，只是在一定轉(zhuǎn)速下達到最高。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇9

關(guān)鍵詞：MPPT；定電壓跟蹤法；擾動觀測法；電導增量法

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）29-0257-03

當今世界正迅速地從工業(yè)化社會向低碳社會轉(zhuǎn)化，能源利用正向可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變，因此發(fā)展綠色能源成為趨勢。太陽能光伏發(fā)電由于其可再生性、清潔性等特點，正在發(fā)展為全世界綠色能源組成中的重要部分。

最大功率點跟蹤（MaximumPowerPointTracking，MPPT）技術(shù)是光伏發(fā)電高效利用的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時MPPT技術(shù)是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一個通用綜合性技術(shù)，涉及光伏陣列建模、優(yōu)化技術(shù)、電力電子變換技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)等。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，普遍采用MPPT技術(shù)，以求高效利用太陽能。

1變換器主電路

為了便于比較各種MPPT算法的優(yōu)缺點，本文建立統(tǒng)一的光伏發(fā)電系統(tǒng)模型，如圖1所示，采用Boost變換器、電阻性負載。為了便于分析幾種MPPT算法最大功率跟蹤的效率，Boost變換器中器件均采用理想器件。

2光伏系統(tǒng)的最大功率點跟蹤技術(shù)

2.1定電壓跟蹤法

定電壓跟蹤（Constant Voltage Tracking，CVT）法是最早出現(xiàn)的光伏功率輸出控制算法。在輻照度大于一定值并且溫度變化不大時，光伏電池的輸出最大功率時其輸出電壓在某一值附近，只要控制光伏電池輸出電壓在該電壓處，即可控制太陽能電池板輸出最大功率。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，光伏電池最大功率點電壓u。與光伏電池的開路電壓Uoc之間存在近似的線性關(guān)系，即

Umpp≈k1oc （1）

其中，式1系數(shù)k1的值取決于光伏電池的特性，一般取值大約在0.8左右。

CVT算法采用PI控制器，給定值Umpp、太陽能光伏電池的輸出電壓Upv與PI調(diào)節(jié)器之間的關(guān)系如圖2所示。

2.2擾動觀測法

擾動觀測法（Perturbation and Observation method，P&O）是目前最常用、也是研究最多的一種MPPT方法。其工作原理是：先讓光伏池工作于一給定電壓點上，隨后周期性地、微小定量地增加或減少光伏電池的輸出電壓U或I（擾動），根據(jù)擾動量的變化的方向及光伏電池輸出功率變化方向，再決定下一步擾動量的變化的方向。以此不斷尋找、逼近光伏電池的最大功率點。

本文光伏發(fā)電系統(tǒng)的變換器采用Boost變換器，將太陽能電池的擾動量由電壓U或I改換為變換器開關(guān)管的導通占空比擾動量AD，依據(jù)Boost的工作原理，擾動觀測法的算法原理流程如圖3所示。

2.3電導增量法

電導增量法（Incremental Conductance，INC）從光伏電池輸出功率隨輸出電壓變化率而變化的規(guī)律出發(fā)，提出的MPPT算法。

光伏電池的功率電壓（P-U）曲線可以看成一個單峰值的曲線，在最大功率點出dP/dU=0。光伏電池的瞬時輸出功率為

P=-IU （2）

將式（2）兩邊對光伏電池的輸出電壓u求導，則

（3）

當dP/dU=0時，光伏電池的輸出功率達到最大，則可以推導出工作點位于最大功率點時需要滿足以下關(guān)系

（3）

實際中以I/U近似代替dI/dU，則使用電導增量法進行最大功率點跟蹤時判據(jù)為

（4）依據(jù)Boost的工作原理，INC的算法原理流程如圖4所示。

3仿真分析

為了驗證CVT、P&O和INC等MPPT算法有效性及跟蹤效率，仿真時設(shè)置了太陽輻射強度變化及環(huán)境溫度變化時太陽能電池最大功率輸出跟蹤效果。其他仿真參數(shù)為：仿真時間步長10-6s，采樣時間步長10-4s，開關(guān)管的開關(guān)頻率50kHz，開關(guān)管導通占空比擾動步長為0.001。

CVT、P&O及INC等MPPT算法借助Visual C++編程生成的動態(tài)鏈接庫文件及PSIM的DLL模塊實現(xiàn)，PSIM的DLL模塊如圖5所示。

圖6、圖7、圖8分別為CVT、P&O和INC算法在25℃時功率跟蹤波形圖。

圖9、圖10、圖11分別為CVT、P&O和INC算法在35℃時功率跟蹤波形圖。

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【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電；最大功率點跟蹤；電導增量法；變步長

Abstract：The power available at the output of photovoltaic cells keeps changing with solar insolation and ambient temperature.If the power output of photovoltaic cells is not well controlled，it will not work at the maximum point.This paper presents a variable step size incremental conductance method for tracking maximum power point in photovoltaic power systems.In this paper，simulation model of photovoltaic system’s maximum power point tracking（MPPT）is developed in the MATLAB software.The results of simulation show this control algorithm significantly improves the efficiency during the tracking phase.As compared to the tradition algorithm about MPPT in photovoltaic power systems.It is especially suitable for fast changing environmental conditions.It reduces the oscillation around the maximum power point with good dynamic and steady-state characteristics.

Key words：photovoltaic power；MPPT；incremental conductance；variable step size

1.引言

由于傳統(tǒng)化石燃料的稀缺性和對環(huán)境的不利影響，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)變得越來越受歡迎，太陽能的好處是可重復使用、可持續(xù)，并不會產(chǎn)生任何污染。然而在外界環(huán)境和負載的變化的情況下，太陽能轉(zhuǎn)換成電能的效率并不高。為了在不斷變化的環(huán)境下提高光伏電池的輸出功率，最大功率點跟蹤（MPPT）已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中一個至關(guān)重要的問題。世界各地的學者已經(jīng)提出了許多最大功率點跟蹤的方法[1-3]。本文應用了一種變步長電導增量法，通過仿真實驗證明，當外界環(huán)境變化時，應用變步長電導增量跟蹤方法與傳統(tǒng)方法相比，減弱了最大功率點附近振蕩的情況，適應能力強，具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性。

2.光伏電池的原理分析

典型的光伏電池等效電路圖如圖1所示。

圖1 光伏電池的等效電路

根據(jù)光伏電池等效電路，可以得出對應的U-I方程如下[4]：

（1）

其中V和I是光伏電池的輸出電壓和電流；Rs和Rsh是串聯(lián)和并聯(lián)電阻，q為電子的電荷量（1.602×10-19C）；Np為并聯(lián)連接的電池數(shù)量，Ns為串聯(lián)連接的電池數(shù)量；n為光伏電池板數(shù)，k為波耳茲曼常量（1.38×10-23J），在光伏電池板的無量綱；Isc是光伏電池產(chǎn)生的光生電流；Tk為絕對溫度；I0是光伏電池的反向飽和電流。

在式（1）中，Isc的數(shù)學表達式如式（2）所示：

（2）

其中Tr為光伏電池板的參考溫度，Iscr為參考溫度和輻射時的太陽能電池的短路電流。KI為光伏電池板的短路電流的溫度系數(shù)，Si為太陽能輻射。Io的數(shù)學關(guān)系如式（3）所示：

（3）

Irr為光伏電池板在參考溫度下的反向飽和電流；Egap為電池使用的半導體的帶隙能量。在特定的參數(shù)，當RSH的值很高的情況下，理想RS的值是極小的，所以在一般工程應用時，可以把式（1）可以簡化如式（4）所示[5]：

（4）

由式（4）可以推出太陽能電池功率表達式如式（5）所示：

（5）

根據(jù)式（2）-（5），并用MATLAB進行計算機仿真，在25℃以下的理想工作溫度下，特性曲線可以根據(jù)太陽輻射的變化值得出。本文使用光伏電池板的型號為ET-P654200，主要參數(shù)如表1[6]所示。

表1 ET-P654200光伏電池板主要參數(shù)

型號 數(shù)值

峰值功率 200W

最大工作電壓 27.21V

最大工作電流 7.36A

開路電壓 32.72V

適中電流 7.86A

最大系統(tǒng)電壓 DC1000V

短路電流溫度系數(shù) 0.065%/℃

開路電壓溫度系數(shù) 0.346%/℃

峰值功率溫度系數(shù) -0.488%/℃

圖2為太陽輻射和光伏電池板輸出功率的關(guān)系，當太陽輻射下降，輸出功率也下降，最佳功率點移動，因此必須通過調(diào)整設(shè)備的電壓和電流來調(diào)整最優(yōu)功率點，使得太陽能得到最大利用。

圖2

3.電導增量法

目前，常用的最大功率跟蹤方法有固定電壓法，擾動觀察法和電導增量法。其中，電導增量法的跟蹤準確性高，在太陽輻射變化的情況下具有良好的適應能力，因此被廣泛使用，本文采用此方法對光伏電池板的MPPT進行研究。

3.1 定步長電導增量法

由P-U特性曲線可知：最大功率點處斜率0，即dP/dU=0；在最大功率點左側(cè)處，dP/dU>0；在最大功率點右側(cè)處，dP/dU

根據(jù)這一特性，因為有：

P=IU （6）

將該式兩端對U求導，則有：

（7）

（8）

由式（8）可知，光伏電池板達到最大功率點的條件為輸出電導的變化量等于輸出電導的負值。輸出電導的變化量相等于輸出電導的負值時，太陽電池工作于最大功率點（MPP），若不相等，則要判斷dP/dU是否大于零。電導增量法流程圖如圖3所示。圖3中U（k）、I（k）表示光伏電池當前的檢測出的輸出電壓、輸出電流，U（k-1）、I（k-1）表示檢測到的光伏電池前一采樣周期輸出電壓、輸出電流。

圖3 電導增量法流程圖

3.2 變步長電導增量法

選擇定步長電導增量法的不足之處在于：步長值設(shè)置得過大，會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定；步長值設(shè)置得過小，則會增加系統(tǒng)穩(wěn)定時間，增加運算負擔。為了提高MPPT控制的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，本文提出了一種的變步長電導增量法。

變步長電導增量的控制流程圖如圖4所示，由圖2（a）可知，光伏電池板輸出功率最大時的電壓約為開路電壓Uoc的0.78倍。因此可以這樣設(shè)定：在[0.7Uoc，0.85Uoc]區(qū)間內(nèi)，步長設(shè)置得小些，而在其余區(qū)間內(nèi)取較大步長，這樣也能縮短震蕩時間。這種方法根據(jù)最大功率點處U-P特性曲線斜率絕對值的不同，分別設(shè)置不同長度的步長，這樣就有效地減小了系統(tǒng)在最大功率點附近的振蕩，能夠迅速、準確的找到最大功率點。

4.仿真及結(jié)果分析

4.1 仿真模型

為了驗證變步長電導增量法的有效性，利用MATLAB/Simulink構(gòu)建仿真模型，如圖5所示。其中MPPT控制模塊由S函數(shù)構(gòu)建，實現(xiàn)變步長電導增量法功能，占空比增量步長分別設(shè)置為ΔD1=0.004，ΔD2=0.04，ΔD3=0.01。

4.2 仿真結(jié)果分析

在仿真中，仿真算法為ode23，采樣頻率為1000Hz，設(shè)置仿真條件為光照強度800W/m2，電池溫度25℃。設(shè)置0.5s時太陽輻射強度突變到1200W/m2，應用本文提出的算法與定步長電導增量法對最大功率點跟蹤情況進行仿真，仿真結(jié)果如圖6、圖7所示。

根據(jù)圖6、圖7可知，采用定步長電導增量法跟蹤最大功率點時，在穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)較大的振蕩，很難達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。變步長電導增量法相對于定步長電導增量法，可以由外界環(huán)境的變化較快的跟蹤最大功率點，而且當功率接近穩(wěn)定時的振蕩幅度也較小。

5.結(jié)論

本文通過對光伏電池工作原理分析，針對定步長的缺陷，提出了變步長電導增量MPPT算法。并通過軟件仿真分析得出，該方法跟蹤精度高，在最大功率點處振蕩小，能適應外界環(huán)境的變化，快速準確地追蹤最大功率點。

參考文獻

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[2]Hussein K H，Mota I.Maximum photovoltaic power tracking：an algorithm for rapidly changing atmospheric conditions.In：IEE Proc Generation，Transmission，and Distribution，1995.59-64.

[3]Krachai M D，Abdelhamid M.High efficiency maximum power point tracking control in photovoltaic-grid connected plants.Acta Electrotechnica et Informatica，2007，7（1）：40-43.

[4]馮垛生，王飛.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)圖解指南[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[5]Hussein K H，Muta I，Hoshino T，et al.Maximum photovoltaic power tracking：an algorithm for rapidly changing atmospheric conditions.IEE ploc-Gener Transm Distrib，1955，142（1）：59-64.

[6]http：//.

[7]Esram T，Chapman P parison of Photovoltaic Array Maxi-mum Power Point Tracking Techniques.National Science Foundation ECS-01-34208，2005.