基于功率差变步长扰动观察法的MPPT控制算法
发布时间：2022-02-09 11:27
针对现有变步长扰动观察法在模型复杂影响响应速度和环境适应范围的问题,提出了基于功率差的变步长扰动观察法。从光伏发电的数学模型出发,对算法进行了理论推导,证明了功率控制在响应速度、适应范围的优势。通过仿真对本方法与定步长、变步长、模糊控制方法进行了对比分析,验证了算法的性能。所提出的算法易于工程实现,可为今后光伏系统最大功率控制提供技术参考。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(07)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图８?光伏系统仿真模型??４．１与定步长扰动观察法比较分析??根据算法流程建立仿真模型，设置光伏电池温度为??
＝Ｉｍ－（－＾－）－（ｌ?＋?ａＡＴ）?（８）??Ｆ；＝Ｆｍ－（ｌ－ＣＡｒ）－ｌｎ（ｅ?＋?Ｍ５）?（９）??式中：ＡＴ＝ｒ－?Ｔ？，ＡＳ＝Ｓ／Ｓ？—?１，７’？为额定电池温度，标准值为??２５?＇Ｃ?；Ｓ为当前辐照度；Ｓａ为额定辐照度，标准值为１?０００??Ｗ／ｍ２；４为标准温度和辐照度下短路电流；为标准温度和??辐照度下开路电压；ａ、ｂ、Ｃ的典型值一般为ａ＝０．００２?５?／？（：，??ｂ＝０．５，ｃ＝０．００２?８８／°Ｃｏ??１．２升压电路??一般地，升压电路结构如图２所示。??设开关Ｓ的周期为ｒ，占空比为Ｄ，输人电压内阻为Ｋ，，??图２?升压电路原理图??负载电阻为《〇，根据电力电子的知识，可以得到式（１０）：??２?ＭＰＰＴ控制原理??根据第１节的光伏电池工程模型，完成光伏电池的仿真，??假设光伏电池的输人温度Ｔ与辐照度Ｓ都为标准状况值，即??ｒ＝２５ｔ：、ＳＨ?０００Ｗ／ｍ２。测量光伏电池的输出特性，获得的??Ｐ－Ｖ特性曲线如图３所示＆??图３?Ｐ－Ｖ特性曲线??图３中输出曲线是一个先单增后单减的单峰值曲线，存??在一个最大功率值，此时这个点称为最大功率点（ＭＰＰ）。此图??说明固定温度和辐照度下的光伏电池输出存在一个最大功率??点。任意改变温度和辐照度，输出特性曲线都会产生变化，最??大功率点也会改变［４１。??ＤＣ／ＤＣ电路采取１．２＿节所说的Ｂｏｏｓｔ升压电路，ＭＰＰＴ控??制原理框图如图４所示。??图４?光伏ＭＰＰＴ控制原理框图??从电路中采集数据，经由ＭＰＰＴ控制，寻找最佳占空比。??通过ＰＷＭ的控制，使得负载值与光伏内阻达到匹配，匹配的??等式如式（１０），此时风为光伏
龙逄技彖Ｅｌ??究与设计??１光伏电池和Ｂｏｏｓｔ电路模型??１．１光伏电池的仿真模型??近几年有很多光伏电池的研究模型，较为普遍的是二极??管等效模型ｈ这种模型原理简单而且精确度较高，可以用图１??来??尼?／Ｌ．??－，ｖｉｌ?，?疋＞ｈ??图１?光伏电池的等效电路??图１中ｔ为光生电流，也为短路电流，其值受温度和光强??的影响山为光伏电池的暗电流；＆为内部等效旁路负载；风??为内部等效串联负载；ｉ为输出电流；Ｋ为光伏电池输出电??压；及为光伏电池外部负载电阻。由图１中，根据二极管特性??方程和节点电流定律，得到式（１）、式（２）：??ｊｉ．）??ＶＤ０．［ｅ?－１］?（１）??ｈ?＝?Ａｃ?＿?７ｖｄ?＿??ｖ，＋ｉ，Ｒｓ??（２）??式中：４ｃ为方向饱和电流，其值近似于一个常数；ｑ为电子电??荷，其大小为１．６ｘ?ｌ〇＿１９Ｃ；ｆｌ为二极管因子，一般取１．３；Ｋ为??玻耳兹曼常数，其大小为１．３８ｘ?ｌ〇ｉＪ／Ｋ；ｒ为当前环境温度。??光伏电池的输出特性与辐照度和环境温度都有关，模型的结??果随着这两者的变化而变化。在实际状态中，Ｒ？的值相当小，??而的值很大，所以式（２）简化如下：??４＝４－??⑶??Ｃｉ和Ｑ的表达式为式（４）和式（５）：??Ｔ?￣Ｖ〇ｃ??Ｃ，?＝（１－－??（４）??（５）??以上工程模型即为四参数模型，若环境产生变化，４、匕、??ｔ和义随之改变，新的四参数值大小由如下的公式进行确??定：??Ｃ?＝?Ａｃ＇（｜－）－（ｌ?＋?ａＡｎ?（６）??〇Ｌ．（ｌ－ｃＡｒ）．ｌｎ（ｅ?＋?Ｍ幻?（７）??ｒｍ＝Ｉｍ－（－＾－）－（ｌ?＋?ａＡＴ）?（８
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进电压扰动法的光伏MPPT[J]. 王洪博,肖尧,肖仁军,陈鑫,丁浩天. 电源技术. 2019(11)
[2]基于改进型变步长扰动观察法的光伏系统MPPT研究[J]. 王硕禾,郑俊观,张国驹,张立园. 广西大学学报(自然科学版). 2018(03)
[3]基于改进扰动观察法的光伏MPPT研究[J]. 张国梁,李虹,刘立群. 电源技术. 2017(01)
[4]光伏电池数学模型分析及MPPT控制仿真[J]. 郭长亮,张素霜,李铭,杜海超. 电源技术. 2014(09)
[5]Boost电路在光伏发电系统中的应用[J]. 高任龙,谢桦,陈宁,艾则孜江·加帕尔. 电源技术. 2012(03)
[6]固定电压法结合扰动观察法在光伏发电最大功率点跟踪控制中应用[J]. 熊远生,俞立,徐建明. 电力自动化设备. 2009(06)
博士论文
[1]高转换效率的CdTe薄膜太阳能电池性能与MPPT控制方法研究[D]. 邓奕.武汉理工大学 2018
硕士论文
[1]光伏发电系统最大功率点跟踪控制策略研究[D]. 孔飞.沈阳工业大学 2019
本文编号：3616924
【文章来源】：电源技术. 2020,44(07)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图８?光伏系统仿真模型??４．１与定步长扰动观察法比较分析??根据算法流程建立仿真模型，设置光伏电池温度为??
＝Ｉｍ－（－＾－）－（ｌ?＋?ａＡＴ）?（８）??Ｆ；＝Ｆｍ－（ｌ－ＣＡｒ）－ｌｎ（ｅ?＋?Ｍ５）?（９）??式中：ＡＴ＝ｒ－?Ｔ？，ＡＳ＝Ｓ／Ｓ？—?１，７’？为额定电池温度，标准值为??２５?＇Ｃ?；Ｓ为当前辐照度；Ｓａ为额定辐照度，标准值为１?０００??Ｗ／ｍ２；４为标准温度和辐照度下短路电流；为标准温度和??辐照度下开路电压；ａ、ｂ、Ｃ的典型值一般为ａ＝０．００２?５?／？（：，??ｂ＝０．５，ｃ＝０．００２?８８／°Ｃｏ??１．２升压电路??一般地，升压电路结构如图２所示。??设开关Ｓ的周期为ｒ，占空比为Ｄ，输人电压内阻为Ｋ，，??图２?升压电路原理图??负载电阻为《〇，根据电力电子的知识，可以得到式（１０）：??２?ＭＰＰＴ控制原理??根据第１节的光伏电池工程模型，完成光伏电池的仿真，??假设光伏电池的输人温度Ｔ与辐照度Ｓ都为标准状况值，即??ｒ＝２５ｔ：、ＳＨ?０００Ｗ／ｍ２。测量光伏电池的输出特性，获得的??Ｐ－Ｖ特性曲线如图３所示＆??图３?Ｐ－Ｖ特性曲线??图３中输出曲线是一个先单增后单减的单峰值曲线，存??在一个最大功率值，此时这个点称为最大功率点（ＭＰＰ）。此图??说明固定温度和辐照度下的光伏电池输出存在一个最大功率??点。任意改变温度和辐照度，输出特性曲线都会产生变化，最??大功率点也会改变［４１。??ＤＣ／ＤＣ电路采取１．２＿节所说的Ｂｏｏｓｔ升压电路，ＭＰＰＴ控??制原理框图如图４所示。??图４?光伏ＭＰＰＴ控制原理框图??从电路中采集数据，经由ＭＰＰＴ控制，寻找最佳占空比。??通过ＰＷＭ的控制，使得负载值与光伏内阻达到匹配，匹配的??等式如式（１０），此时风为光伏
龙逄技彖Ｅｌ??究与设计??１光伏电池和Ｂｏｏｓｔ电路模型??１．１光伏电池的仿真模型??近几年有很多光伏电池的研究模型，较为普遍的是二极??管等效模型ｈ这种模型原理简单而且精确度较高，可以用图１??来??尼?／Ｌ．??－，ｖｉｌ?，?疋＞ｈ??图１?光伏电池的等效电路??图１中ｔ为光生电流，也为短路电流，其值受温度和光强??的影响山为光伏电池的暗电流；＆为内部等效旁路负载；风??为内部等效串联负载；ｉ为输出电流；Ｋ为光伏电池输出电??压；及为光伏电池外部负载电阻。由图１中，根据二极管特性??方程和节点电流定律，得到式（１）、式（２）：??ｊｉ．）??ＶＤ０．［ｅ?－１］?（１）??ｈ?＝?Ａｃ?＿?７ｖｄ?＿??ｖ，＋ｉ，Ｒｓ??（２）??式中：４ｃ为方向饱和电流，其值近似于一个常数；ｑ为电子电??荷，其大小为１．６ｘ?ｌ〇＿１９Ｃ；ｆｌ为二极管因子，一般取１．３；Ｋ为??玻耳兹曼常数，其大小为１．３８ｘ?ｌ〇ｉＪ／Ｋ；ｒ为当前环境温度。??光伏电池的输出特性与辐照度和环境温度都有关，模型的结??果随着这两者的变化而变化。在实际状态中，Ｒ？的值相当小，??而的值很大，所以式（２）简化如下：??４＝４－??⑶??Ｃｉ和Ｑ的表达式为式（４）和式（５）：??Ｔ?￣Ｖ〇ｃ??Ｃ，?＝（１－－??（４）??（５）??以上工程模型即为四参数模型，若环境产生变化，４、匕、??ｔ和义随之改变，新的四参数值大小由如下的公式进行确??定：??Ｃ?＝?Ａｃ＇（｜－）－（ｌ?＋?ａＡｎ?（６）??〇Ｌ．（ｌ－ｃＡｒ）．ｌｎ（ｅ?＋?Ｍ幻?（７）??ｒｍ＝Ｉｍ－（－＾－）－（ｌ?＋?ａＡＴ）?（８
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进电压扰动法的光伏MPPT[J]. 王洪博,肖尧,肖仁军,陈鑫,丁浩天. 电源技术. 2019(11)
[2]基于改进型变步长扰动观察法的光伏系统MPPT研究[J]. 王硕禾,郑俊观,张国驹,张立园. 广西大学学报(自然科学版). 2018(03)
[3]基于改进扰动观察法的光伏MPPT研究[J]. 张国梁,李虹,刘立群. 电源技术. 2017(01)
[4]光伏电池数学模型分析及MPPT控制仿真[J]. 郭长亮,张素霜,李铭,杜海超. 电源技术. 2014(09)
[5]Boost电路在光伏发电系统中的应用[J]. 高任龙,谢桦,陈宁,艾则孜江·加帕尔. 电源技术. 2012(03)
[6]固定电压法结合扰动观察法在光伏发电最大功率点跟踪控制中应用[J]. 熊远生,俞立,徐建明. 电力自动化设备. 2009(06)
博士论文
[1]高转换效率的CdTe薄膜太阳能电池性能与MPPT控制方法研究[D]. 邓奕.武汉理工大学 2018
硕士论文
[1]光伏发电系统最大功率点跟踪控制策略研究[D]. 孔飞.沈阳工业大学 2019
本文编号：3616924
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