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      一種變步長電導(dǎo)增量法的MPPT研究

      2018-05-09 10:55:28劉星
      卷宗 2018年6期

      摘 要:光伏電池的輸出電流與電壓呈非線性關(guān)系,當(dāng)外界環(huán)境突變時,它的特性輸出曲線也會發(fā)生改變,相應(yīng)的最大功率點也會出現(xiàn)偏移。為了光伏電池可以長時間保持高效率轉(zhuǎn)換,我們需利用最大功率點跟蹤技術(shù)對它進行掃描追蹤。本文采用一種改進的電導(dǎo)增量法,此方法可以提升系統(tǒng)追蹤精度和速度,利用 MATLAB軟件可以驗證此方法的可取性。

      關(guān)鍵詞:光伏電池; 最大功率點;電導(dǎo)增量法;MATLAB

      1 引言

      光伏發(fā)電技術(shù)的核心在于光電轉(zhuǎn)換,為了提高光電轉(zhuǎn)化率,我們需要使光伏電池可以較長時間的穩(wěn)定工作在最大功率點,因此對最大功率點的實時追蹤顯得尤為重要。

      目前在實際生活中常用的MPPT算法有恒壓追蹤法、擾動觀察法和電導(dǎo)增量法。恒壓追蹤法結(jié)構(gòu)簡單易操作,但它的誤差較大。擾動觀察法由于原理簡單易實現(xiàn),需要測量的參數(shù)較少,因此廣泛應(yīng)用于實際工程中。但是它存在一個震蕩現(xiàn)象,這種震蕩影響了該算法的精度,易出現(xiàn)誤判。在實際應(yīng)用中,電導(dǎo)增量法由于精度和速度的優(yōu)越性被人們廣泛使用[1]。但是,傳統(tǒng)的電導(dǎo)增量法采用定步長的追蹤方法,不能同時滿足精度和追蹤速度的要求,因此這里采用了一種改進過的電導(dǎo)增量法,它的步長設(shè)定值可根據(jù)系統(tǒng)需要來變化,以此能夠更好的完成追蹤目的。

      2 光伏電池的原理

      光伏電池是光伏發(fā)電技術(shù)的核心器件,它是一種基于光生伏特效應(yīng)的半導(dǎo)體元件,可以把接收到的太陽能直接轉(zhuǎn)化成光能。

      其中: 為等效二極管的PN結(jié)反向飽和電流; 是PN結(jié)中一個電子所帶的電荷;A為PN結(jié)的理想常數(shù)因子,一般為1~2之間; 是玻爾茲曼常數(shù), t是光伏電池的表面溫度[2]。

      3 變步長電導(dǎo)增量法的實現(xiàn)

      電導(dǎo)增量法以擾動法的思想為基礎(chǔ)加以改進,提升了追蹤的精度和速度,尤其是當(dāng)外界環(huán)境突變時,利用對輸出電壓和功率變化的實時檢測,實現(xiàn)了對最大功率點的平穩(wěn)追蹤,有效避免了擾動法的誤判現(xiàn)象。

      光伏電池的P-V特性曲線是單峰曲線且函數(shù)是連續(xù)可導(dǎo)的,在系統(tǒng)的最大功率點處函數(shù)取得最大值,即在此工作點函數(shù)的極值為0。因此,判別某一時刻工作點的極值大小,然后通過調(diào)節(jié)DC/DC的變比,即可對當(dāng)前的輸出電壓進行調(diào)控,使此工作點越來越接近最大功率點,完成跟蹤目的[3]。這就是電導(dǎo)增量法的定義。

      傳統(tǒng)的電導(dǎo)增量法采用定步長的追蹤方法,不能同時滿足精度和追蹤速度的要求,因此這里采用了一種改進過的電導(dǎo)增量法,它的步長設(shè)定值根據(jù)系統(tǒng)的需要一直做出相應(yīng)的改變,以此能夠更好的完成追蹤目的[4]- [5]。

      如果 說明最大功率點在當(dāng)前工作點的左邊區(qū)域內(nèi),此時應(yīng)升高輸出電壓值,使工作點盡快接近追蹤點,然后對擾動步長設(shè)定為 ,當(dāng)外界環(huán)境突變時可以減少對輸出功率的影響。

      設(shè)定步長值為 。變步長電導(dǎo)增量法的MPPT模型如圖2所示,仿真時取a=0.001,k=2。

      在本次仿真中,設(shè)置光伏電池模型的參數(shù)為: =9.28A, =45.8V, =8.77A, =37.1V,L=2mH,C=220?F,R=20 , 系統(tǒng)啟動0.2s后結(jié)束仿真。

      (1)設(shè)置光伏系統(tǒng)的外界溫度為恒溫25 ,當(dāng)t=0.1s時,設(shè)置光照強度模擬值從1000 突然降低到800 ,波形圖如圖4。

      (2)設(shè)置光伏系統(tǒng)接收光照為恒定1000 ,當(dāng)t=0.1s時,設(shè)置外界溫度模擬值從40 突然降低到20 。波形圖如圖5。

      4 總結(jié)

      仿真結(jié)果證明,當(dāng)外界環(huán)境突變時,本文提出的變步長電導(dǎo)增量法可以準(zhǔn)確追蹤至最大功率點,由圖可看到,系統(tǒng)在初始階段震蕩較小,整個采樣階段較穩(wěn)定,同時兼顧了光伏系統(tǒng)所需的精度和速度。而且變步長電導(dǎo)增量法的邏輯運算更為清晰,為后續(xù)的實驗研究奠定了基礎(chǔ)。

      參考文獻

      [1]徐鵬威, 劉飛, 劉邦銀,等. 幾種光伏系統(tǒng)MPPT方法的分析比較及改進[J]. 電力電子技術(shù), 2007, 41(5):3-5.

      [2] 姚傳宇. 光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制策略的研究[D]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015.

      [3] 杜肖. 基于電導(dǎo)增量法的MPPT研究[J]. 電子世界, 2017(19):169-170.

      [4] 彭志輝, 和軍平, 馬光, 等. 光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT輸出功率采樣周期的優(yōu)化設(shè)計[J]. 中國電機工程學(xué)報, 2012,32(34): 24-30.

      [5]黃舒予,牟龍華,石林. 自適應(yīng)變步長MPPT算法[J]. 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報,2011,23(5):26-30.

      作者簡介

      劉星(1994-),河南南陽人,碩士研究生,研究方向電力系統(tǒng)及其自動化

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