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最大功率范文1
1光伏電池輸出特性及等效模型
光伏電池單體是實現光電轉換的最小單元，將光伏電池單體進行串聯、并聯后分裝就組成了光伏電池組件，把若干個光伏電池組件進行串聯、并聯后裝在支架上就形成了光伏電池陣列［1］。光伏陣列是光伏發電系統的關鍵部件，其輸出特性受外界環境影響很大，只有深入了解其輸出特性，才能為研究光伏發電系統的MPPT技術奠定基礎。
1.1光伏電池輸出特性光伏電池受外界環境如光照強度、溫度的影響很大，其輸出特性具有高度非線性。分別是利用PVsyst軟件［2］仿真的光伏電池在不同光照及溫度條件下的輸出特性。從圖中可以看出，隨著光照的增強輸出功率增大，隨著溫度的升高輸出功率減小，但在某一特定光照及溫度下存在一個最大功率點。
1.2光伏電池等效模型光伏電池本身就是一個P-N結，其基本特性與二極管相似。當光伏電池受到陽光照射時，在PN結兩端便產生電動勢，即電壓。這時如果在P型層和N型層焊接上金屬導線，接通負載，則外電路便有電流通過，把這樣的光伏電池單體串聯、并聯起來，就能產生一定的電壓和電流，并輸出功率。光伏電池等效電路可由1個電流源并聯1個理想二極管及一系列電阻組成，如圖3所示。串聯電阻Rs包括電池柵極電阻、基體材料電阻和上下電基與基體材料的接觸電阻、擴散層橫向電阻。其中，擴散層橫向電阻是Rs的主要組成。
2MPPT控制算法
由圖1、圖2可以看出，光伏陣列的輸出特性受電池表面溫度和光照強度的影響很大，不同的光照及電池溫度都可導致輸出特性發生較大的變化，其輸出功率也發生相應的變化，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏陣列的輸出功率才能達到最大值。因此，在光伏發電系統中，要提高系統的整體效率，一個重要的途徑就是實時調整光伏陣列的工作點，使之始終工作在最大功率點附近［4］。在MPPT系統中，確定優良的算法是關鍵，本文采用電導增量算法。電導增量法是根據光伏陣列P-U曲線一階連續可導單峰曲線的特點，利用一階導數求極值的方法，即對P=UI求全導數。從光伏電池的P-U曲線可以看出，在某一特定光照及溫度下存在唯一最大功率點，且在該最大功率點處，功率對電壓的導數為零，即dP/dU=0。其中，U（k）、（Ik）分別為光伏電池當前電壓和電流，U（k-1）、（Ik-1）為前一周期的采樣值。為了使光伏電池輸出發生任何變化時，算法能夠涵蓋所有可能出現的狀況，需要用U（k-1）、I（k-1）的值進行判斷。如果U（k）-U（k-1）=0，則相比于前一周期，該時刻的電壓是恒定的，輸出沒有發生變化。在這種情況下，需要對輸出電流做進一步判斷，如果（Ik）-（Ik-1）=0，則光伏電池的輸出也沒有發生改變，不需要調整BoostDC/DC（升壓）變換器的占空比；若（Ik）-I（k-1）<0，表明工作點是向最大功率點方向靠近，需要對BoostDC/DC變換器的占空比加一個正的調節量U，使輸出達到最大功率點；若I（k）-I（k-1）>0，需對BoostDC/DC變換器的占空比加一個負的調節量-ΔU，使輸出朝向最大功率點靠近。
3MPPT控制仿真研究
3.1帶有MPPT功能的光伏發電系統基本組成由于光伏電池的電氣特性受光照、溫度的影響很大，當環境條件穩定時，存在唯一的最大功率點；當環境條件發生變化時，即使負載保持不變，最大功率點仍將發生漂移。為了使負載在任何環境條件下都能獲得最大功率，本文在光伏陣列與負載之間加入MPPT控制裝置，帶有MPPT功能的光伏系統如圖5所示。該系統主要由光伏電池陣列、MPPT控制裝置、BoostDC/DC變換器組成，通過脈沖寬度調制模塊（PulseWidthModulation，PWM）控制，調整BoostDC/DC變換器的占空比來實現MPPT［7］。
3.2MPPT控制仿真研究
3.2.1帶MPPT的系統仿真模型根據帶有MPPT功能的光伏發電系統建立matlab/simulink仿真模型如圖6所示。仿真模型主要由光伏電池陣列模型、MPPT、PWM、BoostDC/DC變換器以及負載等組成。圖6中，Subsystem是光伏電池陣列模型，L為儲能電感，Diode為快恢復二極管，C1為濾波電容，R為負載，IGBT為絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）。Subsystem內部封裝的參數有電壓、電流溫度系數、串聯電阻、參考溫度（25℃）、參考太陽輻射（1000W/m2）、最大功率點電壓、最大功率點電流、開路電壓、短路電流。輸入參數有光照S、溫度T、光伏電池工作電壓U，輸出參數有光伏電池工作電流I、輸出功率P。其中，輸入端可以輸入任意光照和溫度，輸出端P即顯示MPPT輸出。PWM的輸入信號為帶有MPPT功能的光伏模塊的輸出電壓，即最大功率點對應的電壓值，將該電壓作為指令信號，與光伏模塊的實際輸出電壓共同作用在BoostDC/DC變換器的IGBT上，通過改變IGBT的占空比，從而使光伏模塊的實際輸出電壓很好地跟蹤指令信號，即最大功率點對應的電壓值。BoostDC/DC變換器利用儲能電感儲存的能量和電源一起向負載供電，達到升壓的目的。選擇HAMC制造的太陽能電池板進行仿真實驗，其技術指標為：Um=16.5V，Im=0.73A，Uov=22.50V，Isc=0.97A，Pm=12W。仿真時采用的步長為0.01，系統采樣時間為0.5μs。圖7是電池溫度不變，光照強度t=0.05s時，突然由1kW/m2增加到1.5kW/m2時的仿真結果，圖8是光照強度不變，電池溫度t=0.05s時，突然由25℃變為60℃時的仿真結果。
3.2.2仿真結果分析從圖7仿真結果可以看出，當電池溫度不變，光照由1kW/m2增加到1.5kW/m2，在t=0.05s時，光伏陣列輸出功率也隨之由12kW增加到15kW，增加幅度為+3kW，光伏陣列輸出功率曲線會發生較小的突變，但是在新的功率點能快速趨于平穩，使光伏陣列工作在最大功率點。從圖8仿真結果可以看出，當光照強度不變，電池溫度由25℃變為60℃，在t=0.05s時，光伏陣列輸出功率也隨之由12kW降低到10kW，降低幅度為-2kW，經過較小的突變后，系統也能及時地跟蹤到最大功率點，使光伏陣列輸出功率達到最大值。從圖1、圖2中得出，光伏電池在某一特定光照及溫度條件下，存在一個最大功率點，并且在最大功率點以后，光伏電池輸出功率急劇下降，最后下降為0。本文在光伏陣列與負載之間加入基于電導增量法的MPPT控制裝置以后，從圖7、圖8的仿真結果可以看出，在光照、溫度其中任何一個環境條件發生變化時，系統都能夠實時地跟蹤其變化，能使系統始終工作在最大功率點的范圍內，穩定性高，從而有效提高了太陽能的轉換效率。
4實用化應用探討
在實際光伏發電系統中，在輸出參數實時變化的光伏陣列與負載之間接入MPPT控制裝置時，需要進一步做以下工作：（1）采用單片機或數字信號處理器（DigitalSignalProcessors，DSP）實現對電導增量算法的編程，并進行MPPT控制系統的軟、硬件設計。通過檢測光伏陣列的輸出電壓、輸出電流變化，利用軟件的精確算法來控制BoostDC/DC變換器的占空比，實現MPPT。（2）從光伏發電系統的整體出發，綜合考慮安全性、實用性、經濟性等方面的要求，設計MPPT控制系統的輸入、輸出接口電路，對其可靠性、穩定性做并網測試。（3）綜合考慮光伏陣列的光電轉化效率、溫度范圍、電氣參數（輸出功率、峰值電壓、峰值電流、短路電流、開路電壓、系統電壓）等技術參數，對光伏電池充放電策略及充放電控制器做進一步研究。
5結論
最大功率范文2
關鍵詞：光伏特性；最大功率點跟蹤；滑模變結構控制
DoI：10.15938/j.jhust.2016.04.020
中圖分類號：TPl3
文獻標志碼：A
文章編號：1007-2683（2016）04-0106-06
0引言
隨著當今世界人口及經濟的增長，人類對能源需求量也日益增大，當今世界煤炭、石油、天然氣等不可再生能源不斷被消耗，能源與環境問題日益突出，這迫使人類強力尋求可再生新能源，太陽能作為可再生綠色能源之一，以其清潔無污染，取之不盡用之不竭等優點備受人們的重視。
光伏電池作為把太陽能轉化為電能的模塊，其具有非線性伏安特性，并且光伏電池的性能受外界環境變化影響，特別地受光照強度和溫度的影響怎樣更好更有效的利用光能成為了研究人員需要解決的一個重要問題也是一個難題，因此，最大功率點跟蹤方法被應用到光伏系統中，能夠實時監測跟蹤光伏電池最大功率輸出。
目前最大功率點跟蹤方法主要有：干擾觀測法，其控制簡單，但是跟蹤精度低、響應速度慢；電導增量法，其控制精確、響應速度快，但對硬件要求高，導致整個系統硬件造價也高；模糊控制法，其魯棒性好、系統設計靈活，但是精度不高、易產生振蕩現象；人工神經網絡法，其控制性能好，但是響應速度慢，尚不成熟，實現較困難，綜合上述方法，為了使系統響應速度快、跟蹤精度高、穩定性好，并且易于實現，研究采用滑模變結構控制方法，滑模變結構控制是現代控制變結構的一種控制策略，它對于參數的不確定性具有很好的穩定性和魯棒性，抗干擾能力強，在實際設計中，滑模變結構控制具有較好的靈敏性，并且較于其他非線性控制方法更容易實現，這使得滑模變結構廣泛應用于各種非線性控制系統中，文在滑模變結構控制上利用改進的Zeta電路作為變換電路對光伏系統MPPT控制能以較小的超調量對最大功率點進行跟蹤，
本文提出了一種改進的滑模變結構控制方法，它在傳統滑模變結構控制設計基礎上，加入積分模塊到切換函數中，并且把指數趨近率和等效控制相結合，減小了系統穩態誤差，使系統狀態能以較大速度趨近滑動模態，縮短了到達穩定狀態的時間，并且有效的抑制了抖振，最后通過實驗仿真分析也驗證了其優越性，
1.光伏電池模塊分析
光伏系統結構框圖如圖l所示，由太陽能電池陣列、DC/DC控制電路、MPPT（最大功率點跟蹤控制）和負載組成，
根據式（1）～（6），可得到光伏電池的光伏特性曲線，如圖（3）和圖（4）所示，電壓與輸出功率成非線性關系，隨著電壓的升高，輸出功率先增加后遞減，存在一個最大輸出功率點，最大輸出功率Pm隨光照強度的增大而大幅度增大，隨環境溫度的增大而略微減小。
2.基于改進滑模變結構控制的最大功率點跟蹤
光伏電池產生的是直流電源，外接DC/DC控制電路采用Boost升壓轉換電路，Boost電路如圖所示，其主要由輸入電壓Vin，儲能電感L，開關S，二極管D，輸出電容C和負載電壓R組成，
Boost電路工作于電感電流連續工作模式（CCM）時：
當開關閉合后，二極管截止，系統方程為
由光伏電池P-V曲線可以看出，隨著光照強度和環境溫度的變化，輸出功率也隨之變化，且存在一個最大功率Pm點，此時對應輸出電壓Vm和輸出電流，LPm因此，可通過跟蹤光伏電池最大功率點來獲得光伏系統對應的輸出電壓，滑模變結構跟蹤控制受系統參數及擾動變化不靈敏，動態響應快，采用滑模變結構跟蹤控制能夠快速、穩定地搜尋到光伏電池最大功率點，
設計滑模變結構控制器主要在于滿足滑模變結構存在條件、到達條件和穩定條件三要素情況下，進行切換面函數S（X）的選擇和控制率U（z）的求取，傳統的滑模變結構控制器設計如下：
由于控制最終目的是獲得光伏電池最大功率點對應的輸出電壓，一般考慮采用輸出電壓穩態誤差作為切換面函數，但是這樣不能存在穩定的滑動模態，甚至不存在滑動模態，因此，采用式（13）這種利用電感電流間接控制輸出電壓設計方法，使系統保證滑動模態存在，由于實際中，穩定狀態時i≠ilief存在穩態電感電流誤差，且動態響應較慢，為了跟蹤更精確，跟蹤速度更快，下面設計一種改進的滑模變結構控制，
為了減小穩態誤差，在切換面函數中加入控制狀態變量積分項，構建線性滑膜切換面函數：
3.系統仿真及實驗分析
基于滑模變結構控制的光伏系統最大功率點聯立式（18）和式（19），有：
與傳統滑模變結構控制相比較，改進的等效控制實現了電壓電流雙環控制，使系統控制更穩定，對擾動做出靈敏的反應；切換面函數引入積分運算可以減小穩態誤差，使系統控制更精確；采用指數趨近律，可以保證不管初始狀態在什么位置，都能在有限時間內快速到達滑模切換面，改進滑模變結構控制的simulink仿真模型如圖6所示。
由圖8可知，在標況下對比系統輸出電壓，基于傳統滑模變結構控制的系統輸出電壓和基于改進的滑模變結構控制的系統輸出電壓都不存在過沖，都能平滑趨近光伏電池最大功率點時刻系統輸出的電壓值；由圖8（a）知，基于傳統滑模變結構控制的系統在O.045s到達系統輸出的穩定電壓值，之后并一直保持著這個穩定值，由圖8（b）知，基于改進的滑模變結構控制的系統在O.02s時就已經到達系統輸出的穩定電壓值，之后也一直保持著這個穩定值；由此可見改進的滑模變結構控制系統比傳統的滑模變結構控制系統能夠更快的跟蹤到光伏電池最大功率點輸出，其跟蹤時間縮短了0.02s
由圖9可知，當環境溫度穩定在25%不變時，改變光照強度，系統的輸出電壓也隨之變化，初始時刻的光照強度為1000 W/m2，0.15 s時降為800W/m2，O.3 s時降為600 W/m2
對比圖9（a）、（b），基于傳統滑模變結構控制的系統在光照強度突然變化時系統輸出電壓瞬時大幅跌落，然后再慢慢上升趨近于穩定電壓輸出值；改進后的滑模變結構控制的系統則不出現瞬時大幅跌落情況，而是逐漸趨近于穩定電壓輸出值；并且改進的滑模變結構控制系統比傳統滑模變結構控制系統趨近速度更快更穩定。
由圖10可知，當光照強度穩定在1000W/m2不變時，改變環境溫度，系統輸出電壓也隨之變化，但是變化幅度不大，初始時刻的溫度為25°C0，15s時上升為40%，0.3s時上升為55°C。
對比圖10（a）、（b），基于傳統滑模變結構控制的系統輸出電壓受溫度影響相對較大，而改進后的滑模變結構控制的系統輸出電壓受溫度影響變化較小，具有更好的魯棒性。
最大功率范文3
關鍵詞： 跟蹤算法；控制系統；太陽能；逆變器
中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）16-0049-02
0 引言
目前世界能源消費結構仍以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主，這些能源都是不可再生的一次能源。由于對能源需求持續、迅速的增加，一次能源的短缺，迫切需要發展可再生能源。風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能和海洋能等都是可再生能源，其中太陽能以其獨有的優勢受到重視。從能源供應來看，太陽能是可持續利用綠色能源。太陽能必將成為21世紀最重要的能源之一。太陽能利用的主要方式就是利用太陽能發電。目前太陽能光伏發電系統的主要問題之一是電池的轉換效率低，如何提高太陽能電池板的發電效率是一個需要研究的重要課題。太陽能電池板的發電效率一般在15%～17%，太陽能電池板所發電能有最大功率輸出特性，可以根據這一特性通過算法實現最大功率的輸出，這就是太陽能最大功率點的跟蹤問題，對合理利用太陽能，提高發電效率很有意義。
1 太陽能最大功率點跟蹤控制系統
1.1 系統方案比較與選擇 跟蹤系統可采用恒定電壓跟蹤法或擾動觀察法。恒電壓跟蹤方法從嚴格的意義上來講并不是一種真正意義上的最大功率跟蹤方式，它使用曲線擬合方法。工作原理是：當忽略光伏電池的溫度效應時，光伏電池的最大功率點幾乎落在同一根垂直線的兩側附近，這就有可能把最大功率點的軌跡線近似地看成電壓恒定的一根垂直線，亦即只要保持光伏電池的輸出端電壓為常數且等于某一日照強度下相應于最大功率點的電壓，就可以大致保證在該一溫度下光伏電池輸出最大功率。擾動觀察法就是要引入一個小的變化，進行觀察，與前一個狀態進行比較，根據比較結果調節光伏電池的工作點。通過改變光伏電池的輸出電壓，實時采樣光伏電池的輸出電壓和電流，計算出功率，然后與上一次計算的功率點進行比較，如果小于上一次的值，則說明本次控制使功率輸出降低了，應控制使光伏電池輸出電壓按相反的方向變化，如果大于則維持原來增大或減小的方向，這樣就保證了使太陽能輸出向增大的方向變化，如此反復的擾動、觀察與比較，使光伏電池板達到其最大功率點。
恒定電壓跟蹤法控制簡單，易實現，系統不會出現因給定的控制電壓劇烈變化而引起振蕩，具有良好的穩定性。缺點控制精度差，系統最大功率跟蹤的精度取決于給定電壓值選擇的合理性。控制的適應性差，當系統外界環境，如太陽輻射強度，太陽能電池板溫度發生改變時系統難以進行準確的最大功率點跟蹤。當太陽輻射強度相同而溫度不同時，太陽能光伏電池的最大功率點并不是在某一固定的電壓下，因此跟蹤最大功率點失效。擾動觀察法控制思路簡單，實現較為方便；可實現最大功率點的動態跟蹤。但跟蹤到最大功率點時，會在最大功率點附近振蕩運行，造成一定的功率損失。因此系統選用擾動觀察法。
1.2 系統介紹 圖1為系統框圖。將太陽能電池板的輸出電壓、輸出電流以及BOOST電路輸出電壓信號經檢測后送到控制器，經控制器運算處理得到開關管占空比，用以控制BOOST電路，從而調節光伏電池輸出功率，這個過程反復進行直到系統工作在最大功率點。
圖2為系統總體原理圖。太陽能電池板的輸出電壓、輸出電流以及BOOST電路輸出電壓，作為最大功率點算法（MPPT）的輸入參數，送入A/D轉換器，經過采樣后得到當前系統參數，通過最大功率點算法與尋找最大功率點并計算調節輸出PWM波占空比，控制BOOST電路開關管，調整太陽能電池的輸出功率，使其一直向著最大功率點方向調整，實現系統最大功率點跟蹤。在本文所設計的太陽能最大功率跟蹤系統中，硬件電路分為六個模塊，控制模塊、PWM產生模塊、A/D轉換模塊、BOOST電路模塊、采樣、調理電路模塊、驅動電路模塊。其中控制模塊主要是進行對A/D轉換模塊的數據進行運算，尋找最大功率點，控制PWM模塊輸出占空比。其中控制模塊、PWM產生模塊、A/D轉換模塊由TI公司的TMS320F2812DSP完成。
2 控制系統軟件設計
控制系統主要功能是采集BOOST電路輸入電壓、電流和輸出電壓，根據MPPT算法調節PWM波占空比，以實現調節電路電壓及電流。軟件總體分為四個部分：主程序模塊，CPU定時器中斷子程序，A/D采樣程序，MPPT運算程序。各部分的結構和功能概述如下：主程序模塊主要完成系統的初始化，相關寄存器設置，然后循環調用其他程序模塊，完成系統的功能。程序在初始化時打開CPU定時器中斷，通過產生中斷達到定時對電壓、電流采樣的目的，電壓和電流的檢測通過A/D采樣程序完成，并在A/D采樣程序中對n個采樣值進行了平均求值，提高采樣的準確性。MPPT運算程序就是對前面所述最大功率點跟蹤算法的計算機程序化。通過該程序模塊可以計算出對應于最大功率的輸出占空比，給出相應的PWM波形控制BOOST電路。
3 改進的最大功率跟蹤算法
根據并網逆變器逆變直流側電壓的要求，首先配置太陽能光伏電池為最大輸出功率點電壓附近（標準檢驗條件下）。使系統能快速的滿足逆變并網的要求，在這以后用擾動觀測法能快速找到最大功率點輸出。為了避免此方法在最大功率輸出點附近易振蕩運行的缺點，提出改進的擾動觀測法。該方法在光伏電池P-U特性曲線峰值點附近從左到右依次取A，B，C三個點，UA和PA，UB和PB，UC和PC分別對應各點工作電壓和功率。設UB為初始最大功率點Umax，U是一個預先設定用于電壓步長調整的常量。在判斷三點電壓值的調整方向時可能出現圖3、4、5和6所示的情形。當P AP C時，A點方向為最大功率點方向；當P A>P B且P B
具體步驟如下：首先采用較大步長擾動觀測方法初步找到最大功率點。為了使控制更精確，在初步找到最大功率點后，采用小步長的擾動觀測方法，找到最大功率點，以達到精確控制目的。一般來說短時間內如果天氣不發生突變的情況下，最大功率點變化很小，因此使系統工作在此最大功率點，20分鐘后，繼續采用小步長的擾動觀察法尋找最大功率點，這樣就能快速實現最大功率點的尋找。
4 最大功率算法程序設計
最大功率算法流程如圖7所示，首先確定Boost電路輸出電壓是否在限定范圍內，如果不在有效范圍內，令DIR=0，說明這是一種特殊情況暫時不用調節，如果在有效范圍內則進行調節，當系統初次調節時，此時CONT=0、Flag=0，調用Adcfirst（ ）函數采取大步長的方法采樣，每隔30秒對系統采樣一次，并且計數值CONT加一，三次采樣完成后經計算依次得到上面介紹的B、C、A三個點功率，比較得出擾動方向，再調用PWM（）函數采用大步長擾動調節，每次擾動調節時間間隔為30秒，當初步找到最大功率點時令Flag=1，此時說明以后的調節采用小步長擾動調節。調用Adcsecond（ ）函數采取小步長的方法采樣，每隔30秒對系統采樣一次，并且計數值CONT加一，三次采樣完成后經計算依次得到B、C、A三個點功率，比較得出擾動方向，再調用PWM2函數采用小步長擾動調節，每次擾動調節時間間隔為30秒，當找到最大功率點時令DIR=0，說明最大功率點已經找到。此時定時20分鐘，讓系統在此最大功率點工作。定時完成后，此時Flag值為1，即以后采用小步長擾動調節。
5 系統的調試及結論
對控制系統總體進行了調試，結果表明采用改進擾動觀測法的控制系統實現了良好的控制功能，避免了快速振蕩現象的出現。本文提出的控制原理，可在一定程度上提高光伏系統的轉換效率，控制方法未增加系統的復雜性。
參考文獻：
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[3]孫肖子、張企民編.模擬電子技術基礎.西安：西安電子科技大學出版社，2001.
[4]張毅剛等.新編MCS-51單片機應用設計.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2003.
最大功率范文4
【關鍵詞】光伏電池串聯；模型；電流；電壓；功率
引言
太陽能雖然具有取之不盡、用之不竭、分布廣泛、獲取容易和環保清潔等眾多優點，但它亦有一些固有的缺陷：能量分散性大、密度低，光照強度因季節、晝夜的變化具有間歇性，而且受氣候、地理環境的影響很大。所以為了提高太陽能利用率，除了研究如何提高光伏電池的光電轉換效率和提高能量存儲效率外，還必須研究如何提高光伏電池組合后的利用率。
在實際運行中，按照所需要的功率等級和電壓可以將若干單個光伏電池串并聯組成光伏陣列。本文在單片電池直流模型的基礎上給出了串聯電池的直流模型，在此基礎上討論了串聯電池的輸出特性及電池內部電流、電壓及功率的分配。特別討論了串聯太陽電池中兩個子電池具有相等和不相等輸出電流時，其電壓及功率的分配。
1 光伏電池串聯的直流模型
1.1 單片光伏電池直流模型
在引入電池串聯直流模型前，先回顧單片電池的直流模型的特點。一個較好的單片光伏電池直流模型等效電路如圖1，內電路包括恒流源IL、二極管D、并聯電阻Rsh、串聯電阻Rs。外電路簡化為一負載電阻RL。太陽電池伏安特性可以用下式表示：
下面簡單討論電池輸出狀態不同時功率及電壓分配情況。當電池外接無源負載時，按照電池對外輸出狀態，將電池輸出特性分為三種情況，即對外輸出、開路及短路。
（1）當電池開路時，流過外電路的電流I為0，對外輸出電壓為開路電壓Voc，電池對外不做功。但是，并聯電阻和二極管上正偏壓降為Voc，并且流過二極管及并聯電阻的總電流為IL，恒流源對二極管和并聯電阻做功，此時，恒流源對二極管和并聯電阻做功功率為ILVoc。
（2）當電池處于短路時，對外電路輸出電壓V為0，電池對外也不做功。恒流源對二極管、并聯電阻和串聯電阻做功，功率為Isc2Rs。Isc為短路電流，由式（1）可得Isc滿足
（2）
（3）電池對外做功時，恒流源同時對外部負載和電池內部的二極管、并聯電阻、串聯電阻做功。恒流源對內電路做功功率為 ，電池對外電路做功功率為 ；總的做功功率為 ，并且，輸出電流小于短路電流；輸出電壓小于開路電壓。電池對外電路做功有一個最大功率點，實際運用電池時，應使電池工作在最大功率點附近。通過對單片電池輸出特性的簡單討論，可以看到在電池不同工作點，電池對外做功及內部損耗情況是不同的。
1.2 單片光伏電池近似看作恒流源的條件
對理想的太陽電池，可忽略串聯電阻與并聯電阻的影響，電池特性方程（1）可簡化為
（3）
此時，光生電流等于短路電流，即： 。電池狀態處于最
大功率點時，電流Im、電壓Vm滿足 。并且通常情況下，
。即在光伏電池性能非常好時，最大功率點電流與光電流可相差不大，電池工作點電壓低于最大功率點電壓時，光伏電池可近似看作是一個恒流源。
最大功率范文5
關鍵詞：太陽能；光伏系統；最大功率點跟蹤；電導增量法
中圖分類號：TM615；TP274文獻標識碼：B
文章編號：1004373X(2008)2201802
Maximum Power Point Tracking Control Method Based on Incremental Conductance
HUANG Yao,HUANG Hongquan
(College of Electrical Engineering,Guangxi University,Nanning,530004,China)
Abstract：Maximum Power Point Tracking(MPPT) is one of the important problems for the photovoltaic system.This paper introduces the construction of photovohaic system.A type of maximum power point tracking control method is proposed using incremental conductance based on the analysis of the photovohaic cell′s P-V curves,associating it with photovohaic grid-connected inverter′s characteristics and mechanism of MPPT.This method can make the control accurate and response pace speedy.
Keywords：solar power;photovoltaic system;maximum power point tracking;incremental conductance
能源緊缺,環境惡化是日趨嚴重的全球性問題。人類為追求可持續性發展，正積極發展可再生能源技術，尋找新能源已經是當前人類面臨的迫切課題［1］。太陽能以其清沽、無污染，并且取之不盡、用之不竭等優點越來越得到人們的關注。全球能源專家們一致認定［2］：太陽能將成為21世紀最重要的能源之一。最近幾十年，太陽能的光伏利用得到了迅猛的發展，受到了各國的普遍重視。光伏并網發電將太陽能轉化為電能饋送給電網，是太陽能發電規?；l展的必然方向。其在緩解能源危機以及保護環境等方面都具有重大意義。
光伏系統的主要缺點一是初期投資比較大，二是太陽電池陣列的光電轉換效率太低，目前最高的轉換效率在實驗室條件下也不超過30％［3］。為了解決這些問題，首先要研制價格低廉的并且能量轉換效率高的光電材料，其次是在控制上實現太陽電池陣列的最大功率輸出。目前，光伏系統的最大功率點跟蹤問題已成為學術界研究的熱點。
1 光伏并網系統的結構
光伏并網系統的結構如圖1所示，控制單元MPPT為最大功率跟蹤控制單元，其完成太陽電池陣列最大功率點工作電壓Ur的確定。AVR為電壓調節控制單元，其調節輸出為并網電流幅值給定Ip，電流控制單元完成并網交流電流的跟蹤控制。
圖1 并網光伏系統結構圖
2 光伏陣列輸出特性
光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強度、環境溫度和負載情況影響［4］。在一定的光照強度和環境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才達到最大值，這時光伏電池的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點，稱之為最大功率點（Maximum Power Point，MPP）［4］。因此，在光伏發電系統中，要提高系統的整體效率，一個重要的途徑就是實時調整光伏電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程就稱之為最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）。
圖2為太陽電池陣列的輸出功率P-U曲線，由圖可知當陣列工作電壓小于最大功率點電壓Umax時，陣列輸出功率隨太陽電池端電壓UPV上升而增加；當陣列工作電壓大于最大功率點電壓Umax時，陣列輸出功率隨UPV上升而減小。MPPT的實質是一個自尋優過程［5-9］，即通過控制陣列端電壓UPV，使陣列能在各種不同的日照和溫度環境下智能化地輸出最大功率。
圖2 太陽電池的輸出功率P-U曲線
3 最大功率點跟蹤（MPPT）控制
光伏系統常用的最大功率點跟蹤方法有:定電壓跟蹤、擾動觀察法、電導增量法、最優梯度法、滯環比較法、間歇掃描法、模糊控制法、實時監控法、神經網絡預測法等［10］。這些方法都是根據太陽電池的特性曲線上最大功率點的特點來搜索最大功率點對應的電壓，有的方法需要大量的計算，有的方法需要實時采樣數據并進行分析。這些方法各有優缺點，可以根據不同的系統要求選用不同的控制方法。
3.1 電導增量法
電導增量法（Incremental Conductance）是MPPT控制常用的算法之一［4］。通過光伏陣列P-U曲線可知最大值Pmax處的斜率為零，所以有：
ИPmax=U?I（1）
dP/dU=I+U?dI/dU=0（2）
dI/dU=－I/U（3）И
式（3）為達到最大功率點的條件，當輸出電導的變化量等于輸出電導的負值時，光伏陣列工作在最大功率點。
3.2 本文提出的電導增量法
本文控制方法的程序流程圖如圖3所示，Un，In為檢測到光伏陣列當前電壓、電流值，Ub，Ib為上一控制周期的采樣值。程序讀進新值后先計算其與舊值之差，再判斷電壓差值是否為零（因后面做除法時分母不得為零）；若不為零，再判斷式（3）是否成立，若成立則表示功率曲線斜率為零，達到最大功率點；若電導變化量大于負電導值，則表示功率曲線斜率為正，Ur值將增加；反之Ur將減少。再來討論電壓差值為零的情況，這時可以暫不處理Ur，Ы行下一個周期的檢測，直到檢測到電壓差值不為零。
圖3 電導增量法程序
4 結 語
電導增量法控制精確，響應速度比較快，適用于大氣條件變化較快的場合。但是對硬件的要求特別是傳感器的精度要求比較高，系統各個部分響應速度都要求比較快。這種最大功率點跟蹤方法在光強和溫度大范圍變化的情況下具有高速、穩定跟蹤特性。
參考文獻
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作者簡介 黃 瑤 女，1982年出生，壯族，碩士研究生。主要研究方向為控制理論與控制工程。
最大功率范文6
1．1最大功率點附近的多項式推導分析光伏電池模型實際是由單個電池串并聯組成，其中并聯電阻很大，串聯電阻很小，兩者之比幾乎為104倍，因此，在實際應用中忽略了因并聯電阻存在的漏電流和因內電阻引起輸出電壓下降。那么光伏電池數學模型可以簡化為。光伏發電系統穩定工作點在恒壓區，也就是工作點的電壓變化很小，因此光伏電池最大功率點附近的工作電壓U可近似等于最大功率點處的工作電壓Um。根據簡化的模型可以得到在最大功率點附近的輸出功率。
1．2Newton插值MPPT算法Newton插值算法利用二次插值的思想，僅通過一步就可以跟蹤到最大功率點，在跟蹤速度和精準度上有很大優點。Newton插值MPPT算法原理:采集系統最大功率點附近3個工作點(U0，P(U0))，(U1，P(U1))，(U2，P(U2))，應用Newton插值法構造出光伏電池V－P曲線。Newton插值法的實現過程如表1所示。
1．3改進型MPPT算法通過對以上兩種方法的分析和研究，擾動觀察法簡單易實現但存在振蕩，Newton插值法實現跟蹤精度高，所以本文提出了一種將兩者相結合的改進型MPPT算法，能夠提高系統最大功率跟蹤的穩態精度和跟蹤的精度。該算法具體實現的思想是首先用變步長擾動觀察法快速跟蹤到最大功率點附近。0時，說明最大功率點在所取的三個點之間，此時用Newton插值法快速擬合出三點之間的曲線，精確的跟蹤到最大功率點處。該算法實現的流程圖如圖3所示。情況(1)如圖4所示，說明此時在最大功率點的左側正在上坡，那么需要沿著同方向擾動，擾動量是變步長的，步長擾動量為h=a*k1*k2，a為擾動速度因子，文中取2，擾動后令電壓:uout=u(k－2)+h。情況(2)如圖5所示，說明此時在最大功率點的右側正在下坡，那么需要向相反方向擾動，擾動后的電壓為uout=u(k)－h。當k1*k2＜0時，k1＞0，k2＞0或者k1＜0，k2＞0，如圖6中③所示，說明此時最大功率點在這三點之間，那么用Newton插值法快速跟蹤到最大功率點處，用DSP來控制輸出電壓。牛頓插值的輸出電壓公式。
2仿真驗證
為了驗證該改進型算法，本文以MATLAB為工具搭建了相關三相并網發電系統仿真模型，如圖7所示，設定相關仿真參數:直流側上下電容均設定為4000μF，每相濾波電感設定為4mH，逆變橋為三電平拓撲結構，PV組件陣列的開路電壓設置為748V，短路電流設置為26．5A，最大功率點電壓設置為600V，最大功率點電流設置為24．5A，三相電網電壓設置為380V，頻率50Hz。在PV模塊中，數字25所在的模塊代表環境溫度，取25℃，溫度模塊下方的是光照強度模塊，time一欄中輸入時間點，amplitude一欄中輸入光照強度，在0時刻，設定對應的光照強度和溫度等的綜合因子為1，當0．5時刻，設定對應的光照強度和溫度等綜合因子為0．8。仿真結果如圖8所示:為光伏系統的MPPT跟蹤效率，能夠在0．2s內精確的跟蹤到最大功率點處的電壓，在0～0．5s之間，外界環境溫度和光照等綜合因子為1時，PV組件的電壓始終跟隨在MPPT計算出的最大功率點的電壓值600V附近，與實驗設定的電壓相符合，在0．5s處加了外界干擾，將光照強度和溫度等綜合因子由1降為0．8，此時電壓也跟著下降，發生輕微振蕩，但在干擾的情況還是能得到最大功率，在0．6s處取消外界干擾，電壓也恢復上升，重新跟隨在MPPT計算出的當前環境下的最大功率點的電壓附近，這表明無論外界環境如何變化，PV組件始終工作在最大功率點對應的電壓，很好地完成了最大功率跟蹤的任務。傳統擾動觀察法和改進MPPT算法在最大功率點附近的振蕩對比如圖9和圖10所示。由以上對比可知:改進型MPPT算法比傳統擾動觀察法在最大功率點處的振蕩明顯減小，基本能夠精確的跟蹤，解決了振蕩問題帶來的能量損失。
3結束語
