基于模糊策略的光伏發(fā)電MPPT控制技術(shù)
隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展,能源問題日益尖銳,越來越多的國家開始關(guān)注能源利用及轉(zhuǎn)換效率的問題。光伏發(fā)電具有無污染、無噪音、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點,因而越來越受關(guān)注。但是由于光伏系統(tǒng)本身非線性和光電池制造工藝復(fù)雜的特點,導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換效率一般為14%~15%。為了讓太陽能電池陣列在同樣日照、溫度的條件下輸出更多的電能,提出了最大功率點跟蹤(MPPT)問題。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/162231.htmMPPT本質(zhì)上是一個尋優(yōu)過程。通過測量電壓、電流和功率,以及比較它們之間的變化關(guān)系,決定當前工作點與峰值點的位置關(guān)系,然后控制電流(或電壓)向當前工作點與峰值功率點移動,最后控制電流(或電壓)在峰值功率點附近一定范圍內(nèi)來回擺動。模糊控制適應(yīng)性強,魯棒性好,作為一種新的控制思想,非常適合用在對于太陽能光伏發(fā)電這種包含許多不確定量,而且很難用精確的數(shù)學模型描述出來的系統(tǒng)。
1 光伏特性
光伏電池相當于具有與受光面平行的極薄PN截面的大面積等效二極管,其等效電路如圖1所示。
在圖1中,I為太陽能電池輸出電流;Id為二極管工作電流;Irsh為漏電流;ILG為led/'''' target=''''_blank''''>光電池電流源;Rsh為光伏電池的并聯(lián)等效電阻;Rs為光伏電池的串聯(lián)等效電阻。由圖1得到光伏電池的輸出特性方程為:
式中:
前式表明,并聯(lián)電阻Rsh越大,越不會影響短路電流的數(shù)值。所以設(shè)計中可忽略Rsh,而得到簡化的光伏電池輸出特性方程:
式(1)~式(4)中:I為光伏電池輸出電流;V為光伏電池輸出電壓;Ios為光伏電池暗飽和電流T為光伏電池的表面溫度;K為波爾茲曼常數(shù)(1.38×10-23J/K);λ為日照強度;q為單位電荷(1.6×10-19C);k1為短路電流的溫度系數(shù);ISCR為標準測試條件(光伏電池溫度25℃,日照強度為1 000 W/m2)下,光伏電池的短路電流;ILG為光電流;EGO為半導(dǎo)體材料的禁帶寬度;Tr為參考溫度(301.18 K);Ior為Tr下的暗飽和電流;A,B為理想因子,一般介于1和2之間。
隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展,能源問題日益尖銳,越來越多的國家開始關(guān)注能源利用及轉(zhuǎn)換效率的問題。光伏發(fā)電具有無污染、無噪音、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點,因而越來越受關(guān)注。但是由于光伏系統(tǒng)本身非線性和光電池制造工藝復(fù)雜的特點,導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換效率一般為14%~15%。為了讓太陽能電池陣列在同樣日照、溫度的條件下輸出更多的電能,提出了最大功率點跟蹤(MPPT)問題。
MPPT本質(zhì)上是一個尋優(yōu)過程。通過測量電壓、電流和功率,以及比較它們之間的變化關(guān)系,決定當前工作點與峰值點的位置關(guān)系,然后控制電流(或電壓)向當前工作點與峰值功率點移動,最后控制電流(或電壓)在峰值功率點附近一定范圍內(nèi)來回擺動。模糊控制適應(yīng)性強,魯棒性好,作為一種新的控制思想,非常適合用在對于太陽能光伏發(fā)電這種包含許多不確定量,而且很難用精確的數(shù)學模型描述出來的系統(tǒng)。
1 光伏特性
光伏電池相當于具有與受光面平行的極薄PN截面的大面積等效二極管,其等效電路如圖1所示。
在圖1中,I為太陽能電池輸出電流;Id為二極管工作電流;Irsh為漏電流;ILG為led/'''' target=''''_blank''''>光電池電流源;Rsh為光伏電池的并聯(lián)等效電阻;Rs為光伏電池的串聯(lián)等效電阻。由圖1得到光伏電池的輸出特性方程為:
式中:
前式表明,并聯(lián)電阻Rsh越大,越不會影響短路電流的數(shù)值。所以設(shè)計中可忽略Rsh,而得到簡化的光伏電池輸出特性方程:
式(1)~式(4)中:I為光伏電池輸出電流;V為光伏電池輸出電壓;Ios為光伏電池暗飽和電流T為光伏電池的表面溫度;K為波爾茲曼常數(shù)(1.38×10-23J/K);λ為日照強度;q為單位電荷(1.6×10-19C);k1為短路電流的溫度系數(shù);ISCR為標準測試條件(光伏電池溫度25℃,日照強度為1 000 W/m2)下,光伏電池的短路電流;ILG為光電流;EGO為半導(dǎo)體材料的禁帶寬度;Tr為參考溫度(301.18 K);Ior為Tr下的暗飽和電流;A,B為理想因子,一般介于1和2之間。
當負載RL從0變化到無窮大時,即可得到如圖2所示太陽能電池的輸出特性曲線。調(diào)節(jié)負載電阻RL到某一值Rm時,在曲線上得到一點M,其對應(yīng)的工作電壓和工作電流之積最大,即Pm=ImVm?,F(xiàn)將此M點定義為最大功率輸出點(MPP)。
2光伏系統(tǒng)的最大功率點跟蹤
在光伏系統(tǒng)中,通常要求光伏電池的輸出功率保持在最大,也就是讓光伏電池工作在最大功率點,從而提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。MPPT就是一個不斷測量和不斷調(diào)整以達到最優(yōu)的過程,它不需要知道光伏陣列精確的數(shù)學模型,而是在運行過程中不斷改變可控參數(shù)的整定值,使得當前工作點逐漸向峰值功率點靠近,使光伏系統(tǒng)運作在峰值功率點附近。
對于電阻型負載,其負載線與I-V曲線的交叉點決定了光伏電池的工作點。不同的負載RL決定了不同的工作點。因此在不同溫度、日照強度條件下,當最大功率點發(fā)生漂移時,可通過調(diào)整負載使光伏電池重新工作在最大功率點處。關(guān)于光伏電池的最大功率點跟蹤算法,先前許多文獻已提出過多種方法,如電壓回授法、擾動觀察法、功率回授法、直線近似法、實際測量法和增量電導(dǎo)法。
然而,在光伏組件環(huán)境變化復(fù)雜的情況下,這些方法不能即時追蹤,迅速反應(yīng)。常規(guī)方法只能收斂到局部最高運行點,卻不是P-V曲線的真正最高點。于是提出了占空比擾動法。圖3為一般光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),MPPT控制器通過調(diào)整PWM信號的占空比D,來調(diào)節(jié)輸入/輸出關(guān)系,從而達到阻抗匹配的功能。
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