陳淵睿 周東寶 許志榮 李晨迪 曾君

(1. 華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州510640;2. 華南理工大學(xué) 廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510640)

太陽(yáng)能作為一種新型綠色能源，可解決因常規(guī)能源枯竭而引發(fā)的能源危機(jī)，受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，光伏發(fā)電是當(dāng)前利用太陽(yáng)能的主要形式之一.由于光伏電池的輸出具有較強(qiáng)的非線性特征，它的輸出功率不僅與光伏電池內(nèi)部特性有關(guān)，還受到外界環(huán)境條件(光照、溫度)的影響，采用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)可有效提升光伏系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率［1-2］.

常用MPPT(Maximum Power Point Tracking)方法中開(kāi)路電壓系數(shù)法和短路電流系數(shù)法［3-6］控制簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，但需要周期性斷開(kāi)或短路光伏電池板，使得能量損失較大，且該方法的系統(tǒng)工作點(diǎn)并不是真正的最大功率點(diǎn). 擾動(dòng)觀察法［7-10］是目前研究和應(yīng)用最廣泛的MPPT 方法，它通過(guò)對(duì)光伏板的輸出電壓施加擾動(dòng)，檢測(cè)輸出功率的變化來(lái)跟蹤最大功率.其優(yōu)點(diǎn)是控制策略簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)參數(shù)檢測(cè)精度要求低，在外界環(huán)境比較穩(wěn)定的情況下有較好的控制效果.但是該方法需要不斷地對(duì)參考電壓施加擾動(dòng)來(lái)判斷最大功率點(diǎn)，由此不可避免地會(huì)造成功率振蕩;同時(shí)，當(dāng)外界環(huán)境劇烈變化時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致最大功率點(diǎn)跟蹤方向錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)甚至引起電壓崩潰，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重振蕩現(xiàn)象. 電導(dǎo)增量法［11-17］的控制思想與擾動(dòng)觀察法類似，通過(guò)比較光伏電池的電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)來(lái)改變系統(tǒng)的控制信號(hào). 對(duì)于傳統(tǒng)定步長(zhǎng)算法，選用較大的擾動(dòng)步長(zhǎng)可獲得較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但穩(wěn)態(tài)功率損失較多;較小的擾動(dòng)步長(zhǎng)可減少穩(wěn)態(tài)功率損失，但系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢.文獻(xiàn)［11］中提出一種基于功率對(duì)電壓微分(dP/dU)的變步長(zhǎng)算法，系統(tǒng)工作點(diǎn)遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)時(shí)擾動(dòng)步長(zhǎng)較大，越靠近最大功率點(diǎn)擾動(dòng)步長(zhǎng)越小.該方法可以很好地兼顧系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，但是在光照劇烈變化的情況下系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，并出現(xiàn)功率振蕩現(xiàn)象，從而導(dǎo)致功率損失增多.

為使光伏系統(tǒng)在光照劇烈變化條件下仍然可以保持較快的響應(yīng)速度和較高的穩(wěn)態(tài)精度，提出一種自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法. 文中首先分析了傳統(tǒng)變步長(zhǎng)算法在光照劇烈變化情況下穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能變差的問(wèn)題，然后詳細(xì)介紹了自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法的工作原理，在Matlab/Simulink 中建立光伏系統(tǒng)的仿真模型進(jìn)行仿真分析，最后搭建基于DSP(TMS320F28035)控制的5 kW 光伏系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提算法的有效性.

1 變步長(zhǎng)算法

傳統(tǒng)定步長(zhǎng)算法擾動(dòng)步長(zhǎng)的選取會(huì)引起響應(yīng)速度與穩(wěn)態(tài)精度之間的矛盾，變步長(zhǎng)算法通常是在電導(dǎo)增量法的基礎(chǔ)上用功率對(duì)電壓的微分(dP/dU)來(lái)代替定步長(zhǎng)擾動(dòng)，并引入速度因子N 來(lái)保證算法的收斂性，步長(zhǎng)更新規(guī)則為

式中，D(k)為k 時(shí)刻變換器的占空比. 速度因子N的選取會(huì)直接影響控制算法的性能，文獻(xiàn)［11］中給出了一種確定N 值的簡(jiǎn)單方法，即N 必須滿足下式:

式中，ΔDmax為最大占空比擾動(dòng)步長(zhǎng). 當(dāng)算法滿足式(2)時(shí)，系統(tǒng)工作于變步長(zhǎng)模式;否則，系統(tǒng)以擾動(dòng)步長(zhǎng)ΔDmax運(yùn)行于定步長(zhǎng)模式.該控制策略同樣適用于參考電壓擾動(dòng)的情形，詳見(jiàn)文獻(xiàn)［9］所提算法.

但該算法中最大擾動(dòng)步長(zhǎng)ΔDmax和速度因子N一旦選定就無(wú)法改變. 如圖1 所示，功率P1遠(yuǎn)大于功率P2. 對(duì)選定的速度因子N1和最大擾動(dòng)步長(zhǎng)ΔDmax1，在功率P1對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度下算法跟蹤性能良好，但光照突然下降到功率曲線P2對(duì)應(yīng)的水平時(shí)，系統(tǒng)幾乎全部運(yùn)行于變步長(zhǎng)模式，這就會(huì)大大降低系統(tǒng)的啟動(dòng)速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度.速度因子N2和最大擾動(dòng)步長(zhǎng)ΔDmax2可使得功率曲線P2快速穩(wěn)定跟蹤最大功率點(diǎn)，而當(dāng)光照突然升高到功率曲線P1對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度，功率曲線P1則幾乎無(wú)法運(yùn)行于變步長(zhǎng)模式，引起功率振蕩，降低了系統(tǒng)的輸出功率.對(duì)文獻(xiàn)［9，11］所提變步長(zhǎng)算法，很難找到一組最優(yōu)的速度因子和最大擾動(dòng)步長(zhǎng)能同時(shí)滿足光照劇烈變化條件下最大功率跟蹤需要，即存在跟蹤“死區(qū)”.文獻(xiàn)［12］中提出一種改進(jìn)型變步長(zhǎng)電阻增量法，利用步長(zhǎng)分界函數(shù)(I 為電流)在最大功率點(diǎn)兩側(cè)各有一個(gè)極值點(diǎn)的性質(zhì)，將兩個(gè)極值點(diǎn)中間區(qū)域設(shè)定為變步長(zhǎng)區(qū)域，調(diào)整步長(zhǎng)的速度因子選為工作點(diǎn)落在極值點(diǎn)兩側(cè)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行在定步長(zhǎng)模式.該方法在光照劇烈變化時(shí)保持良好的動(dòng)態(tài)跟蹤速度和穩(wěn)態(tài)精度，但是該算法選取步長(zhǎng)分界函數(shù)數(shù)值較大且需要進(jìn)行多次微分運(yùn)算才能判定分界點(diǎn)，算法計(jì)算量較大;速度因子整定公式未能充分利用分界函數(shù)且有較強(qiáng)的非線性，同樣增加了計(jì)算量;選取初始擾動(dòng)步長(zhǎng)時(shí)沒(méi)有考慮最大功率點(diǎn)兩側(cè)不同的輸出特性.文獻(xiàn)［13］中提出一種基于短路電流系數(shù)法的新型擾動(dòng)觀察法，結(jié)合短路電流系數(shù)法的自適應(yīng)控制策略能使系統(tǒng)工作點(diǎn)快速逼近最大功率點(diǎn)，當(dāng)工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)附近時(shí)，利用基于參考電流擾動(dòng)的擾動(dòng)觀察法來(lái)跟蹤最大功率點(diǎn).該方法可以在光照劇烈變化條件下有效跟蹤最大功率點(diǎn)，但是需要檢測(cè)外界光照強(qiáng)度和光伏電池的短路電流，并進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)預(yù)處理來(lái)確定算法的關(guān)鍵參數(shù)，因此實(shí)際實(shí)現(xiàn)比較困難，實(shí)用性不高.

圖1 變步長(zhǎng)算法示意圖Fig.1 Diagram of variable step-size algorithm

2 自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法

電導(dǎo)增量法是基于光伏電池功率－電壓輸出特性曲線，通過(guò)判斷功率對(duì)電壓微分的符號(hào)來(lái)跟蹤最大功率點(diǎn)，其擾動(dòng)量通常選為光伏電池輸出電壓，因此電導(dǎo)增量法工作于電壓控制模式.文獻(xiàn)［12］中提出一種電阻增量法，其工作原理與電導(dǎo)增量法基本相同，利用光伏電池功率－電流的輸出特性來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，將光伏電池的輸出電流設(shè)定為擾動(dòng)量.文獻(xiàn)［2，5，13］指出，在光照劇烈變化條件下，基于電流控制模式的MPPT 算法比電壓控制模式的MPPT 算法有更高的靈敏度.因此，為解決光照劇烈變化情況下光伏系統(tǒng)的最大功率跟蹤問(wèn)題，文中在電阻增量法的基礎(chǔ)上提出一種自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法.

2.1 步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)

結(jié)合光伏電池的輸出特性，步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)F 取為功率對(duì)電流微分的絕對(duì)值與電流的乘積:

圖2 為標(biāo)準(zhǔn)化的功率P、|dP/dI|和步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)F 與電流I 的關(guān)系圖.

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化功率和電流步長(zhǎng)切換函數(shù)Fig.2 Normalized power and thrshold function versus curr ent

從圖中可以看出，步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)F 在最大功率點(diǎn)(MPP)處值為0，在靠近最大功率點(diǎn)的左側(cè)有一個(gè)極值點(diǎn)A(對(duì)應(yīng)電流I1)，在最大功率點(diǎn)右側(cè)與功率曲線P 有一個(gè)交點(diǎn)B(對(duì)應(yīng)電流I2).根據(jù)步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)的這一特征，光伏系統(tǒng)的工作模式可以設(shè)定為:當(dāng)光伏電池的輸出電流在I1與I2之間時(shí)，系統(tǒng)工作在變步長(zhǎng)模式.反之，系統(tǒng)工作在定步長(zhǎng)模式.

步長(zhǎng)工作模式之間的切換可通過(guò)下式實(shí)現(xiàn):

式中，dF/dI 是步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)對(duì)輸出電流的微分，Im為最大功率點(diǎn)電流. 當(dāng)外界環(huán)境條件改變使得光伏電池輸出特性發(fā)生變化時(shí)，步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)將重新對(duì)定步長(zhǎng)區(qū)域和變步長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行劃分，可以有效避免文獻(xiàn)［6，10］中所提算法將定步長(zhǎng)區(qū)域和變步長(zhǎng)區(qū)域固定不變所引起的“死區(qū)”，從而使光伏系統(tǒng)即使在光照劇烈變化條件下也能保持良好的最大功率點(diǎn)的跟蹤性能.

2.2 初始定步長(zhǎng)整定

比較光伏電池在不同環(huán)境下的輸出P-I 特性曲線，不難發(fā)現(xiàn):在最大功率點(diǎn)左側(cè)區(qū)域，P-I 曲線較為平坦;而在右側(cè)區(qū)域，P-I 曲線較為陡峭.即在相同擾動(dòng)步長(zhǎng)的作用下，最大功率點(diǎn)兩側(cè)的功率變化差別較大.因此，最大功率點(diǎn)兩側(cè)選用符合此特性的擾動(dòng)步長(zhǎng)有助于進(jìn)一步提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)精度.

分別作用于最大功率點(diǎn)左側(cè)和右側(cè)的初始定步長(zhǎng)ΔIref1和ΔIref2之間的關(guān)系滿足下式:

式中，Im和Isc分別表示給定條件下光伏電池最大功率點(diǎn)電流和短路電流.由短路電流系數(shù)法可知，光伏電池最大功率點(diǎn)電流和短路電流近似滿足以下線性關(guān)系:

式中，k 為短路電流系數(shù).因此

由于在任意光照強(qiáng)度和溫度下，短路電流系數(shù)k 為常量，其值介于0.78 ～0.92 之間，因此初始定步長(zhǎng)ΔIref1與ΔIref2的比值在外界環(huán)境條件變化時(shí)也是恒定不變的.

2.3 速度因子及其收斂性

選定初始定步長(zhǎng)ΔIref1和ΔIref2作為變步長(zhǎng)區(qū)域的步長(zhǎng)上限，結(jié)合步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)與輸出功率的關(guān)系，步長(zhǎng)更新規(guī)則可以定義為

式中，N(k)為修正步長(zhǎng)的速度因子，

ΔIref為擾動(dòng)步長(zhǎng)，ΔIref1、ΔIref2需滿足式(7).

下面分析速度因子N(k)工作在變步長(zhǎng)區(qū)域時(shí)的收斂性:

(1)系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)處時(shí)，有dP/dI=0，步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)F(k)=I(k)|dP/dI| =0，則速度因子N(k)=0.即最大功率點(diǎn)處，步長(zhǎng)變化量為0.

(2)系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)變步長(zhǎng)區(qū)域時(shí)，速度因子為:ΔU(k)/ΔI(k)＜0，則N(k)＜1;所以0 ＜N(k)＜1.

(3)系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)右側(cè)變步長(zhǎng)區(qū)域時(shí)，步長(zhǎng)轉(zhuǎn)換函數(shù)F(k)單調(diào)遞增，0 ＜F(k)＜PI=I2，光伏電池輸出功率P(k)單調(diào)遞減且PI=I2＜P(k)＜Pm(PI=I2表示當(dāng)電流I 為I2時(shí)的功率)，因此，對(duì)速度因子N(k)=F(k)/P(k)，有N(k)單調(diào)遞增，且0 ＜N(k)＜1.

5.中國(guó)特色反腐倡廉道路。黨的十六大以來(lái)，以胡錦濤為總書(shū)記的黨中央，堅(jiān)持標(biāo)本兼治、綜合治理、懲防并舉、注重預(yù)防的方針，扎實(shí)推進(jìn)懲治和預(yù)防腐敗體系建設(shè)，在堅(jiān)決懲治腐敗的同時(shí)，更加注重治本，更加注重預(yù)防，更加注重制度建設(shè)，拓展從源頭上防治腐敗工作領(lǐng)域，走出了一條適合中國(guó)國(guó)情的、具有中國(guó)特色的反腐倡廉道路。黨的十八大報(bào)告進(jìn)一步明確了中國(guó)特色反腐倡廉道路的基本點(diǎn)，即：堅(jiān)持中國(guó)特色反腐倡廉道路，方針是標(biāo)本兼治、綜合治理、懲防并舉、注重預(yù)防，重點(diǎn)是全面推進(jìn)懲治和預(yù)防腐敗體系建設(shè)，目標(biāo)是干部清正、政府清廉、政治清明，從而為反對(duì)腐敗、建設(shè)廉潔政治指明了方向。

圖3 所示為速度因子N(k)的變化曲線，從圖中可以看出，在變步長(zhǎng)區(qū)域，速度因子的變化趨勢(shì)符合上文收斂性的分析，驗(yàn)證了該算法的收斂性.自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法在遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)的工作區(qū)域采用較大步長(zhǎng)的定步長(zhǎng)算法;在靠近最大功率點(diǎn)的工作區(qū)域采取變步長(zhǎng)算法，且步長(zhǎng)具有越靠近最大功率點(diǎn)越小的特性;在最大功率點(diǎn)處，步長(zhǎng)為0.

圖3 速度因子N(k)、功率P 的變化曲線Fig.3 Slopes of proportionality factor N(k)and power P

3 仿真

在Matlab/Simulink 搭建光伏系統(tǒng)仿真模型，光伏電池和Boost 變換器參數(shù)［18］如表1 所示.

表1 仿真與實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table1 Experimental parameters

設(shè)定光照強(qiáng)度在0.1 s 時(shí)刻從300 W/m2上升到1000 W/m2，在0.2 s 時(shí)又降低到300 W/m2.在相同的仿真條件下分別驗(yàn)證定步長(zhǎng)電阻增量法、變步長(zhǎng)電阻增量法和改進(jìn)型變步長(zhǎng)電阻增量法的最大功率點(diǎn)跟蹤性能，圖4 為各個(gè)控制算法的輸出最大功率波形圖，具體仿真結(jié)果對(duì)比如表2 所示.

圖4 控制算法仿真波形Fig.4 Simulation waveforms of control algorithm

圖4(a)、4(b)所示為定步長(zhǎng)電阻增量法擾動(dòng)步長(zhǎng)分別為0.01和0.04 A 時(shí)的仿真結(jié)果，從表2 所提供的仿真結(jié)果對(duì)比來(lái)看，擾動(dòng)步長(zhǎng)為0.04 A 的光伏系統(tǒng)在光照突變時(shí)的響應(yīng)時(shí)間要明顯短于擾動(dòng)步長(zhǎng)為0.01 A 時(shí)，但是其在1000 W/m2時(shí)的穩(wěn)態(tài)跟蹤精度要比擾動(dòng)步長(zhǎng)為0.01 A 時(shí)低3.7%.這表明:選取較大的步長(zhǎng)可提高系統(tǒng)在外界環(huán)境變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但相應(yīng)的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)功率損失也增多.較小的步長(zhǎng)有助于取得較高的穩(wěn)態(tài)精度，但會(huì)減慢跟蹤速度.

表2 MPPT 仿真結(jié)果Table 2 Simulation results of maximum power point tracking

圖4(d)、4(e)所示為自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法的輸出波形，圖4(d)采用的是相同大小的擾動(dòng)步長(zhǎng)，圖4(e)則采用滿足式(7)比例關(guān)系的擾動(dòng)步長(zhǎng).從表2 中提供的仿真結(jié)果對(duì)比可以看出，相比于擾動(dòng)步長(zhǎng)為0.01 A 的定步長(zhǎng)電阻增量法，自適應(yīng)變步長(zhǎng)算法可以大約降低73%的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)相比于擾動(dòng)步長(zhǎng)為0.04 A 的定步長(zhǎng)電阻增量法，穩(wěn)態(tài)跟蹤精度提高了4%.這表明自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法可解決定步長(zhǎng)算法因擾動(dòng)步長(zhǎng)的選取導(dǎo)致的穩(wěn)態(tài)精度和跟蹤速度之間的矛盾.對(duì)比圖4(d)和圖4(e)的仿真結(jié)果，可以看出在最大功率點(diǎn)兩側(cè)選用不同的擾動(dòng)步長(zhǎng)可避免工作點(diǎn)超調(diào)，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)響應(yīng)速度.

4 實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證所提控制策略的有效性，搭建如圖5 所示的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)包括一臺(tái)Chroma 光伏電池陣列模擬器6200 H，用于模擬不同光照強(qiáng)度和溫度條件下光伏電池的輸出特性;一臺(tái)基于DSP(TMS320F28035)控制的5 kW 雙級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器，以及一臺(tái)Agilent 示波器DSO7014B.實(shí)驗(yàn)采用的光伏電池和Boost 變換器參數(shù)與仿真參數(shù)保持一致.

圖5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)Fig.5 Experimental test setup

通過(guò)光伏陣列模擬器設(shè)定串并聯(lián)的光伏電池?cái)?shù)目，可模擬外界光照強(qiáng)度或溫度變化.將光伏陣列模擬器的輸出功率從1427W 升高到3035W 來(lái)模擬光照強(qiáng)度突然增加的情形. 圖6 所示為各個(gè)算法的實(shí)驗(yàn)波形，從圖6 中可以看出:在光照強(qiáng)度增加的情況下，采用0.01 A 定步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是5.072 s;采用0.04 A 定步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是0.578 s;采用變步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是3.92 s;采用ΔIref1=ΔIref2=0.04 A 自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間是0.79 s;采用ΔIref1=0.04 A，ΔIref2=0.01 A 自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間是0.758 s.

再將光伏陣列模擬器的輸出功率從1 427 W 降低到713 W 來(lái)模擬光照強(qiáng)度突然降低的情形. 圖7所示為各個(gè)算法的實(shí)驗(yàn)波形，從圖中可以看出:在光照強(qiáng)度降低的情況下，采用0.01 A 定步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是1.0 s;采用0.04 A 定步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是0.50 s;采用變步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是0.70s;采用ΔIref1=ΔIref2=0.04 A 自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間是0.644 s，采用ΔIref1=0.04 A、ΔIref2=0.01 A 自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間是0.394 s.

圖6 光照強(qiáng)度增加實(shí)驗(yàn)波形Fig.6 Experiment waveforms when light intensity increases

圖7 光照強(qiáng)度減小實(shí)驗(yàn)波形Fig.7 Experiment waveforms of when light intensity decreases

以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在光照強(qiáng)度劇烈變換的情況下，自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法可有效提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，同時(shí)，從穩(wěn)態(tài)輸出波形來(lái)看，自適應(yīng)變步長(zhǎng)算法也表現(xiàn)出較高的跟蹤性能.

以上實(shí)驗(yàn)測(cè)試的是光照強(qiáng)度劇烈變換情況下最大功率跟蹤算法的控制性能，而在實(shí)際應(yīng)用中，光照強(qiáng)度一般為連續(xù)緩慢變化的情形. 通過(guò)光伏陣列模擬器設(shè)定輸出功率為:534 W-2136W-1958W-1602W-1168W-534W，圖8 為模擬光照強(qiáng)度連續(xù)變化時(shí)自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法的實(shí)驗(yàn)波形，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法無(wú)論在外界光照上升還是下降的情況下都能夠快速穩(wěn)定地跟蹤最大功率點(diǎn)，因此該方法同樣適用于實(shí)際光伏系統(tǒng).

圖8 光照連續(xù)變化實(shí)驗(yàn)波形Fig.8 Experiment waveforms when light intensity continuously changes

5 結(jié)論

為解決外界環(huán)境劇烈變化條件下光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤問(wèn)題，提出一種自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法，并搭建Matlab/Simulink 仿真模型和基于 DSP(TMS320F28035)控制的5 kW 光伏系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將文中提出算法與定步長(zhǎng)算法和傳統(tǒng)變步長(zhǎng)算法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到以下結(jié)論:

(1)自適應(yīng)變步長(zhǎng)算法解決了定步長(zhǎng)算法中響應(yīng)速度、穩(wěn)態(tài)精度和擾動(dòng)步長(zhǎng)選取之間的矛盾，以及傳統(tǒng)變步長(zhǎng)算法在光照劇烈變化條件下的跟蹤時(shí)間較慢的問(wèn)題.

(2)在外界環(huán)境(光照)劇烈變換的條件下，自適應(yīng)變步長(zhǎng)電阻增量法相比于定步長(zhǎng)電阻增量法和傳統(tǒng)變步長(zhǎng)算法，可以將系統(tǒng)的響應(yīng)速度提高73%，同時(shí)可使穩(wěn)態(tài)跟蹤精度達(dá)到98.9%.

(3)模擬自然條件下外界環(huán)境(光照)緩慢變換情形，自適應(yīng)變步長(zhǎng)算法依然具有較好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能.

此外，所提算法具有相對(duì)簡(jiǎn)潔的控制邏輯和較小的計(jì)算量，可較為方便地利用DSP 實(shí)現(xiàn)，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中有較好的應(yīng)用前景.

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