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        太陽能最大功率跟蹤控制及其仿真

        2012-10-19 12:04:04內(nèi)蒙古電力公司烏海電業(yè)局武昱彤武智勇
        河南科技 2012年16期
        關(guān)鍵詞:觀察法輸出功率步長

        內(nèi)蒙古電力公司 烏海電業(yè)局 武昱彤 武智勇

        綠色能源在解決能源問題和減少環(huán)境壓力方面具有不可替代的作用,世界各國也越來越重視對綠色能源的研究。太陽能作為綠色能源的一種,具有儲量豐富、使用安全等優(yōu)點(diǎn),是目前技術(shù)利用相對成熟的一種可再生能源。然而,受不同地區(qū)光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度等因素影響,將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的光伏電池的穩(wěn)定性并不理想。在不同的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下,光伏電池的輸出功率會有較大波動,這導(dǎo)致整個光伏陣列的輸出特性呈現(xiàn)出非線性特征,降低了光伏列陣的電能輸出能力。因此,對光伏電池最大輸出功率進(jìn)行跟蹤控制,使得光伏陣列在任何日照條件下動能不斷獲得最大輸出功率,以提高系統(tǒng)的工作效率,就顯得很有必要。

        一、最大功率點(diǎn)(MPPT)跟蹤算法

        光伏電池的開路電壓和短路電流受溫度、光照以及負(fù)載等因素影響,其輸出量隨著外界環(huán)境的變化而變化。光伏電池的U-I輸出曲線和P-V輸出曲線表明,即使在特定的溫度和光照條件下,光伏電池的最大功率點(diǎn)也不固定,而是不斷變化的。為了達(dá)到光伏電池在特定溫度和光照條件下的最大功率輸出,研究人員提出了最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power Point Tracking,簡稱MPPT)策略。目前,主流研究MPPT策略的方法主要有實(shí)際測量法、擾動觀察法、短路電流法等策略。通過比較,本文,筆者選用擾動觀測法來實(shí)現(xiàn)對最大功率的跟蹤控制。

        擾動觀察法的總體算法思路是:給光伏系統(tǒng)控制器輸入一個步長量,通過使用這個較小的步長,改變每個控制周期內(nèi)的光伏陣列的輸出在。因為改變的步長值是固定的,所以干擾周期前后,光伏陣列的輸出功率值既可能增加,也可能減小。如果檢測到光伏陣列的輸出功率增加,就按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”,如果檢測到輸出功率減小,就改變“干擾”的方向,反方向繼續(xù)“干擾”。擾動觀察法就是通過不斷地加減步長,使得光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)逐漸接近當(dāng)前最大功率點(diǎn)。但是由于固定步長的存在,在工作點(diǎn)達(dá)到最大功率點(diǎn)附近后,就會在最大功率點(diǎn)附近不斷振蕩。為解決這一問題,筆者在此引入了參考電壓VREF,在得出比較結(jié)果后,通過調(diào)節(jié)參考電壓,使它逐漸接近最大功率點(diǎn)電壓;在調(diào)節(jié)光伏電池工作點(diǎn)時,要根據(jù)這個參考電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

        二、 一種基于MPPT改進(jìn)的擾動觀察法

        雖然研究MPPT策略有很多方法,但目前比較常用的方法是擾動觀察法,具有簡單易懂、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但是,傳統(tǒng)的擾動觀察法存在一個缺點(diǎn),即光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)只能在光伏陣列最大功率點(diǎn)附近振蕩,而這種振蕩會產(chǎn)生一定的功率損失。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn),筆者對擾動觀察法做了進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn):當(dāng)系統(tǒng)開始擾動時,在控制器內(nèi)輸入一個合適的步長;當(dāng)系統(tǒng)不發(fā)生擾動錯誤時,就按照此步長值擾動;一旦擾動方向發(fā)生錯誤,就將某個常數(shù)輸入到控制器,用初始步長減去這個值,使控制器按照這個新的步長向反方向擾動。當(dāng)系統(tǒng)每發(fā)生擾動錯誤時,反復(fù)改變擾動步長值,直至步長減為0,此時的光伏陣列實(shí)際工作點(diǎn)就穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)處。改進(jìn)的算法流程如圖1所示。

        圖1 改進(jìn)的擾動觀察法的算法控制流程

        此外,筆者在MATLAB環(huán)境下搭建仿真模型,對比兩種方法的實(shí)驗結(jié)果。仿真的時間為1 s,溫度為25℃,算法采用變步長ode23 th。當(dāng)光照強(qiáng)度從0.55 kW/m2躍升為1.0 kW/m2時(在0.1 s時發(fā)生突變),對BOOST電路輸出功率進(jìn)行對比。通過實(shí)驗圖形可以看出,當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生突變時,改進(jìn)的擾動觀察法僅需0.05 s就能達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài),這樣能有效減少因振蕩現(xiàn)象引起的能量損耗,實(shí)現(xiàn)了對光伏陣列最大功率點(diǎn)的快速跟蹤和精確控制。

        三、結(jié)論

        本文,筆者基于光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù),對光伏電最大功率點(diǎn)(MPPT)跟蹤算法進(jìn)行了介紹,提出一種經(jīng)過改進(jìn)的新型擾動觀察法,并通過MATLAB進(jìn)行了系統(tǒng)仿真型。得到的仿真結(jié)果表明,該方法可有效減少傳統(tǒng)擾動觀察法帶來的誤判功率損失,從而優(yōu)化了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)定度。

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