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最大功率范文1
1光伏电池输出特性及等效模型
光伏电池单体是实现光电转换的最小单元，将光伏电池单体进行串联、并联后分装就组成了光伏电池组件，把若干个光伏电池组件进行串联、并联后装在支架上就形成了光伏电池阵列［1］。光伏阵列是光伏发电系统的关键部件，其输出特性受外界环境影响很大，只有深入了解其输出特性，才能为研究光伏发电系统的MPPT技术奠定基础。
1.1光伏电池输出特性光伏电池受外界环境如光照强度、温度的影响很大，其输出特性具有高度非线性。分别是利用PVsyst软件［2］仿真的光伏电池在不同光照及温度条件下的输出特性。从图中可以看出，随着光照的增强输出功率增大，随着温度的升高输出功率减小，但在某一特定光照及温度下存在一个最大功率点。
1.2光伏电池等效模型光伏电池本身就是一个P-N结，其基本特性与二极管相似。当光伏电池受到阳光照射时，在PN结两端便产生电动势，即电压。这时如果在P型层和N型层焊接上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，把这样的光伏电池单体串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，并输出功率。光伏电池等效电路可由1个电流源并联1个理想二极管及一系列电阻组成，如图3所示。串联电阻Rs包括电池栅极电阻、基体材料电阻和上下电基与基体材料的接触电阻、扩散层横向电阻。其中，扩散层横向电阻是Rs的主要组成。
2MPPT控制算法
由图1、图2可以看出，光伏阵列的输出特性受电池表面温度和光照强度的影响很大，不同的光照及电池温度都可导致输出特性发生较大的变化，其输出功率也发生相应的变化，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值。因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大功率点附近［4］。在MPPT系统中，确定优良的算法是关键，本文采用电导增量算法。电导增量法是根据光伏阵列P-U曲线一阶连续可导单峰曲线的特点，利用一阶导数求极值的方法，即对P=UI求全导数。从光伏电池的P-U曲线可以看出，在某一特定光照及温度下存在唯一最大功率点，且在该最大功率点处，功率对电压的导数为零，即dP/dU=0。其中，U（k）、（Ik）分别为光伏电池当前电压和电流，U（k-1）、（Ik-1）为前一周期的采样值。为了使光伏电池输出发生任何变化时，算法能够涵盖所有可能出现的状况，需要用U（k-1）、I（k-1）的值进行判断。如果U（k）-U（k-1）=0，则相比于前一周期，该时刻的电压是恒定的，输出没有发生变化。在这种情况下，需要对输出电流做进一步判断，如果（Ik）-（Ik-1）=0，则光伏电池的输出也没有发生改变，不需要调整BoostDC/DC（升压）变换器的占空比；若（Ik）-I（k-1）<0，表明工作点是向最大功率点方向靠近，需要对BoostDC/DC变换器的占空比加一个正的调节量U，使输出达到最大功率点；若I（k）-I（k-1）>0，需对BoostDC/DC变换器的占空比加一个负的调节量-ΔU，使输出朝向最大功率点靠近。
3MPPT控制仿真研究
3.1带有MPPT功能的光伏发电系统基本组成由于光伏电池的电气特性受光照、温度的影响很大，当环境条件稳定时，存在唯一的最大功率点；当环境条件发生变化时，即使负载保持不变，最大功率点仍将发生漂移。为了使负载在任何环境条件下都能获得最大功率，本文在光伏阵列与负载之间加入MPPT控制装置，带有MPPT功能的光伏系统如图5所示。该系统主要由光伏电池阵列、MPPT控制装置、BoostDC/DC变换器组成，通过脉冲宽度调制模块（PulseWidthModulation，PWM）控制，调整BoostDC/DC变换器的占空比来实现MPPT［7］。
3.2MPPT控制仿真研究
3.2.1带MPPT的系统仿真模型根据带有MPPT功能的光伏发电系统建立matlab/simulink仿真模型如图6所示。仿真模型主要由光伏电池阵列模型、MPPT、PWM、BoostDC/DC变换器以及负载等组成。图6中，Subsystem是光伏电池阵列模型，L为储能电感，Diode为快恢复二极管，C1为滤波电容，R为负载，IGBT为绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）。Subsystem内部封装的参数有电压、电流温度系数、串联电阻、参考温度（25℃）、参考太阳辐射（1000W/m2）、最大功率点电压、最大功率点电流、开路电压、短路电流。输入参数有光照S、温度T、光伏电池工作电压U，输出参数有光伏电池工作电流I、输出功率P。其中，输入端可以输入任意光照和温度，输出端P即显示MPPT输出。PWM的输入信号为带有MPPT功能的光伏模块的输出电压，即最大功率点对应的电压值，将该电压作为指令信号，与光伏模块的实际输出电压共同作用在BoostDC/DC变换器的IGBT上，通过改变IGBT的占空比，从而使光伏模块的实际输出电压很好地跟踪指令信号，即最大功率点对应的电压值。BoostDC/DC变换器利用储能电感储存的能量和电源一起向负载供电，达到升压的目的。选择HAMC制造的太阳能电池板进行仿真实验，其技术指标为：Um=16.5V，Im=0.73A，Uov=22.50V，Isc=0.97A，Pm=12W。仿真时采用的步长为0.01，系统采样时间为0.5μs。图7是电池温度不变，光照强度t=0.05s时，突然由1kW/m2增加到1.5kW/m2时的仿真结果，图8是光照强度不变，电池温度t=0.05s时，突然由25℃变为60℃时的仿真结果。
3.2.2仿真结果分析从图7仿真结果可以看出，当电池温度不变，光照由1kW/m2增加到1.5kW/m2，在t=0.05s时，光伏阵列输出功率也随之由12kW增加到15kW，增加幅度为+3kW，光伏阵列输出功率曲线会发生较小的突变，但是在新的功率点能快速趋于平稳，使光伏阵列工作在最大功率点。从图8仿真结果可以看出，当光照强度不变，电池温度由25℃变为60℃，在t=0.05s时，光伏阵列输出功率也随之由12kW降低到10kW，降低幅度为-2kW，经过较小的突变后，系统也能及时地跟踪到最大功率点，使光伏阵列输出功率达到最大值。从图1、图2中得出，光伏电池在某一特定光照及温度条件下，存在一个最大功率点，并且在最大功率点以后，光伏电池输出功率急剧下降，最后下降为0。本文在光伏阵列与负载之间加入基于电导增量法的MPPT控制装置以后，从图7、图8的仿真结果可以看出，在光照、温度其中任何一个环境条件发生变化时，系统都能够实时地跟踪其变化，能使系统始终工作在最大功率点的范围内，稳定性高，从而有效提高了太阳能的转换效率。
4实用化应用探讨
在实际光伏发电系统中，在输出参数实时变化的光伏阵列与负载之间接入MPPT控制装置时，需要进一步做以下工作：（1）采用单片机或数字信号处理器（DigitalSignalProcessors，DSP）实现对电导增量算法的编程，并进行MPPT控制系统的软、硬件设计。通过检测光伏阵列的输出电压、输出电流变化，利用软件的精确算法来控制BoostDC/DC变换器的占空比，实现MPPT。（2）从光伏发电系统的整体出发，综合考虑安全性、实用性、经济性等方面的要求，设计MPPT控制系统的输入、输出接口电路，对其可靠性、稳定性做并网测试。（3）综合考虑光伏阵列的光电转化效率、温度范围、电气参数（输出功率、峰值电压、峰值电流、短路电流、开路电压、系统电压）等技术参数，对光伏电池充放电策略及充放电控制器做进一步研究。
5结论
最大功率范文2
关键词：光伏特性；最大功率点跟踪；滑模变结构控制
DoI：10.15938/j.jhust.2016.04.020
中图分类号：TPl3
文献标志码：A
文章编号：1007-2683（2016）04-0106-06
0引言
随着当今世界人口及经济的增长，人类对能源需求量也日益增大，当今世界煤炭、石油、天然气等不可再生能源不断被消耗，能源与环境问题日益突出，这迫使人类强力寻求可再生新能源，太阳能作为可再生绿色能源之一，以其清洁无污染，取之不尽用之不竭等优点备受人们的重视。
光伏电池作为把太阳能转化为电能的模块，其具有非线性伏安特性，并且光伏电池的性能受外界环境变化影响，特别地受光照强度和温度的影响怎样更好更有效的利用光能成为了研究人员需要解决的一个重要问题也是一个难题，因此，最大功率点跟踪方法被应用到光伏系统中，能够实时监测跟踪光伏电池最大功率输出。
目前最大功率点跟踪方法主要有：干扰观测法，其控制简单，但是跟踪精度低、响应速度慢；电导增量法，其控制精确、响应速度快，但对硬件要求高，导致整个系统硬件造价也高；模糊控制法，其鲁棒性好、系统设计灵活，但是精度不高、易产生振荡现象；人工神经网络法，其控制性能好，但是响应速度慢，尚不成熟，实现较困难，综合上述方法，为了使系统响应速度快、跟踪精度高、稳定性好，并且易于实现，研究采用滑模变结构控制方法，滑模变结构控制是现代控制变结构的一种控制策略，它对于参数的不确定性具有很好的稳定性和鲁棒性，抗干扰能力强，在实际设计中，滑模变结构控制具有较好的灵敏性，并且较于其他非线性控制方法更容易实现，这使得滑模变结构广泛应用于各种非线性控制系统中，文在滑模变结构控制上利用改进的Zeta电路作为变换电路对光伏系统MPPT控制能以较小的超调量对最大功率点进行跟踪，
本文提出了一种改进的滑模变结构控制方法，它在传统滑模变结构控制设计基础上，加入积分模块到切换函数中，并且把指数趋近率和等效控制相结合，减小了系统稳态误差，使系统状态能以较大速度趋近滑动模态，缩短了到达稳定状态的时间，并且有效的抑制了抖振，最后通过实验仿真分析也验证了其优越性，
1.光伏电池模块分析
光伏系统结构框图如图l所示，由太阳能电池阵列、DC/DC控制电路、MPPT（最大功率点跟踪控制）和负载组成，
根据式（1）～（6），可得到光伏电池的光伏特性曲线，如图（3）和图（4）所示，电压与输出功率成非线性关系，随着电压的升高，输出功率先增加后递减，存在一个最大输出功率点，最大输出功率Pm随光照强度的增大而大幅度增大，随环境温度的增大而略微减小。
2.基于改进滑模变结构控制的最大功率点跟踪
光伏电池产生的是直流电源，外接DC/DC控制电路采用Boost升压转换电路，Boost电路如图所示，其主要由输入电压Vin，储能电感L，开关S，二极管D，输出电容C和负载电压R组成，
Boost电路工作于电感电流连续工作模式（CCM）时：
当开关闭合后，二极管截止，系统方程为
由光伏电池P-V曲线可以看出，随着光照强度和环境温度的变化，输出功率也随之变化，且存在一个最大功率Pm点，此时对应输出电压Vm和输出电流，LPm因此，可通过跟踪光伏电池最大功率点来获得光伏系统对应的输出电压，滑模变结构跟踪控制受系统参数及扰动变化不灵敏，动态响应快，采用滑模变结构跟踪控制能够快速、稳定地搜寻到光伏电池最大功率点，
设计滑模变结构控制器主要在于满足滑模变结构存在条件、到达条件和稳定条件三要素情况下，进行切换面函数S（X）的选择和控制率U（z）的求取，传统的滑模变结构控制器设计如下：
由于控制最终目的是获得光伏电池最大功率点对应的输出电压，一般考虑采用输出电压稳态误差作为切换面函数，但是这样不能存在稳定的滑动模态，甚至不存在滑动模态，因此，采用式（13）这种利用电感电流间接控制输出电压设计方法，使系统保证滑动模态存在，由于实际中，稳定状态时i≠ilief存在稳态电感电流误差，且动态响应较慢，为了跟踪更精确，跟踪速度更快，下面设计一种改进的滑模变结构控制，
为了减小稳态误差，在切换面函数中加入控制状态变量积分项，构建线性滑膜切换面函数：
3.系统仿真及实验分析
基于滑模变结构控制的光伏系统最大功率点联立式（18）和式（19），有：
与传统滑模变结构控制相比较，改进的等效控制实现了电压电流双环控制，使系统控制更稳定，对扰动做出灵敏的反应；切换面函数引入积分运算可以减小稳态误差，使系统控制更精确；采用指数趋近律，可以保证不管初始状态在什么位置，都能在有限时间内快速到达滑模切换面，改进滑模变结构控制的simulink仿真模型如图6所示。
由图8可知，在标况下对比系统输出电压，基于传统滑模变结构控制的系统输出电压和基于改进的滑模变结构控制的系统输出电压都不存在过冲，都能平滑趋近光伏电池最大功率点时刻系统输出的电压值；由图8（a）知，基于传统滑模变结构控制的系统在O.045s到达系统输出的稳定电压值，之后并一直保持着这个稳定值，由图8（b）知，基于改进的滑模变结构控制的系统在O.02s时就已经到达系统输出的稳定电压值，之后也一直保持着这个稳定值；由此可见改进的滑模变结构控制系统比传统的滑模变结构控制系统能够更快的跟踪到光伏电池最大功率点输出，其跟踪时间缩短了0.02s
由图9可知，当环境温度稳定在25%不变时，改变光照强度，系统的输出电压也随之变化，初始时刻的光照强度为1000 W/m2，0.15 s时降为800W/m2，O.3 s时降为600 W/m2
对比图9（a）、（b），基于传统滑模变结构控制的系统在光照强度突然变化时系统输出电压瞬时大幅跌落，然后再慢慢上升趋近于稳定电压输出值；改进后的滑模变结构控制的系统则不出现瞬时大幅跌落情况，而是逐渐趋近于稳定电压输出值；并且改进的滑模变结构控制系统比传统滑模变结构控制系统趋近速度更快更稳定。
由图10可知，当光照强度稳定在1000W/m2不变时，改变环境温度，系统输出电压也随之变化，但是变化幅度不大，初始时刻的温度为25°C0，15s时上升为40%，0.3s时上升为55°C。
对比图10（a）、（b），基于传统滑模变结构控制的系统输出电压受温度影响相对较大，而改进后的滑模变结构控制的系统输出电压受温度影响变化较小，具有更好的鲁棒性。
最大功率范文3
关键词： 跟踪算法；控制系统；太阳能；逆变器
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）16-0049-02
0 引言
目前世界能源消费结构仍以煤炭、石油、天然气等化石能源为主，这些能源都是不可再生的一次能源。由于对能源需求持续、迅速的增加，一次能源的短缺，迫切需要发展可再生能源。风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能等都是可再生能源，其中太阳能以其独有的优势受到重视。从能源供应来看，太阳能是可持续利用绿色能源。太阳能必将成为21世纪最重要的能源之一。太阳能利用的主要方式就是利用太阳能发电。目前太阳能光伏发电系统的主要问题之一是电池的转换效率低，如何提高太阳能电池板的发电效率是一个需要研究的重要课题。太阳能电池板的发电效率一般在15%～17%，太阳能电池板所发电能有最大功率输出特性，可以根据这一特性通过算法实现最大功率的输出，这就是太阳能最大功率点的跟踪问题，对合理利用太阳能，提高发电效率很有意义。
1 太阳能最大功率点跟踪控制系统
1.1 系统方案比较与选择 跟踪系统可采用恒定电压跟踪法或扰动观察法。恒电压跟踪方法从严格的意义上来讲并不是一种真正意义上的最大功率跟踪方式，它使用曲线拟合方法。工作原理是：当忽略光伏电池的温度效应时，光伏电池的最大功率点几乎落在同一根垂直线的两侧附近，这就有可能把最大功率点的轨迹线近似地看成电压恒定的一根垂直线，亦即只要保持光伏电池的输出端电压为常数且等于某一日照强度下相应于最大功率点的电压，就可以大致保证在该一温度下光伏电池输出最大功率。扰动观察法就是要引入一个小的变化，进行观察，与前一个状态进行比较，根据比较结果调节光伏电池的工作点。通过改变光伏电池的输出电压，实时采样光伏电池的输出电压和电流，计算出功率，然后与上一次计算的功率点进行比较，如果小于上一次的值，则说明本次控制使功率输出降低了，应控制使光伏电池输出电压按相反的方向变化，如果大于则维持原来增大或减小的方向，这样就保证了使太阳能输出向增大的方向变化，如此反复的扰动、观察与比较，使光伏电池板达到其最大功率点。
恒定电压跟踪法控制简单，易实现，系统不会出现因给定的控制电压剧烈变化而引起振荡，具有良好的稳定性。缺点控制精度差，系统最大功率跟踪的精度取决于给定电压值选择的合理性。控制的适应性差，当系统外界环境，如太阳辐射强度，太阳能电池板温度发生改变时系统难以进行准确的最大功率点跟踪。当太阳辐射强度相同而温度不同时，太阳能光伏电池的最大功率点并不是在某一固定的电压下，因此跟踪最大功率点失效。扰动观察法控制思路简单，实现较为方便；可实现最大功率点的动态跟踪。但跟踪到最大功率点时，会在最大功率点附近振荡运行，造成一定的功率损失。因此系统选用扰动观察法。
1.2 系统介绍 图1为系统框图。将太阳能电池板的输出电压、输出电流以及BOOST电路输出电压信号经检测后送到控制器，经控制器运算处理得到开关管占空比，用以控制BOOST电路，从而调节光伏电池输出功率，这个过程反复进行直到系统工作在最大功率点。
图2为系统总体原理图。太阳能电池板的输出电压、输出电流以及BOOST电路输出电压，作为最大功率点算法（MPPT）的输入参数，送入A/D转换器，经过采样后得到当前系统参数，通过最大功率点算法与寻找最大功率点并计算调节输出PWM波占空比，控制BOOST电路开关管，调整太阳能电池的输出功率，使其一直向着最大功率点方向调整，实现系统最大功率点跟踪。在本文所设计的太阳能最大功率跟踪系统中，硬件电路分为六个模块，控制模块、PWM产生模块、A/D转换模块、BOOST电路模块、采样、调理电路模块、驱动电路模块。其中控制模块主要是进行对A/D转换模块的数据进行运算，寻找最大功率点，控制PWM模块输出占空比。其中控制模块、PWM产生模块、A/D转换模块由TI公司的TMS320F2812DSP完成。
2 控制系统软件设计
控制系统主要功能是采集BOOST电路输入电压、电流和输出电压，根据MPPT算法调节PWM波占空比，以实现调节电路电压及电流。软件总体分为四个部分：主程序模块，CPU定时器中断子程序，A/D采样程序，MPPT运算程序。各部分的结构和功能概述如下：主程序模块主要完成系统的初始化，相关寄存器设置，然后循环调用其他程序模块，完成系统的功能。程序在初始化时打开CPU定时器中断，通过产生中断达到定时对电压、电流采样的目的，电压和电流的检测通过A/D采样程序完成，并在A/D采样程序中对n个采样值进行了平均求值，提高采样的准确性。MPPT运算程序就是对前面所述最大功率点跟踪算法的计算机程序化。通过该程序模块可以计算出对应于最大功率的输出占空比，给出相应的PWM波形控制BOOST电路。
3 改进的最大功率跟踪算法
根据并网逆变器逆变直流侧电压的要求，首先配置太阳能光伏电池为最大输出功率点电压附近（标准检验条件下）。使系统能快速的满足逆变并网的要求，在这以后用扰动观测法能快速找到最大功率点输出。为了避免此方法在最大功率输出点附近易振荡运行的缺点，提出改进的扰动观测法。该方法在光伏电池P-U特性曲线峰值点附近从左到右依次取A，B，C三个点，UA和PA，UB和PB，UC和PC分别对应各点工作电压和功率。设UB为初始最大功率点Umax，U是一个预先设定用于电压步长调整的常量。在判断三点电压值的调整方向时可能出现图3、4、5和6所示的情形。当P AP C时，A点方向为最大功率点方向；当P A>P B且P B
具体步骤如下：首先采用较大步长扰动观测方法初步找到最大功率点。为了使控制更精确，在初步找到最大功率点后，采用小步长的扰动观测方法，找到最大功率点，以达到精确控制目的。一般来说短时间内如果天气不发生突变的情况下，最大功率点变化很小，因此使系统工作在此最大功率点，20分钟后，继续采用小步长的扰动观察法寻找最大功率点，这样就能快速实现最大功率点的寻找。
4 最大功率算法程序设计
最大功率算法流程如图7所示，首先确定Boost电路输出电压是否在限定范围内，如果不在有效范围内，令DIR=0，说明这是一种特殊情况暂时不用调节，如果在有效范围内则进行调节，当系统初次调节时，此时CONT=0、Flag=0，调用Adcfirst（ ）函数采取大步长的方法采样，每隔30秒对系统采样一次，并且计数值CONT加一，三次采样完成后经计算依次得到上面介绍的B、C、A三个点功率，比较得出扰动方向，再调用PWM（）函数采用大步长扰动调节，每次扰动调节时间间隔为30秒，当初步找到最大功率点时令Flag=1，此时说明以后的调节采用小步长扰动调节。调用Adcsecond（ ）函数采取小步长的方法采样，每隔30秒对系统采样一次，并且计数值CONT加一，三次采样完成后经计算依次得到B、C、A三个点功率，比较得出扰动方向，再调用PWM2函数采用小步长扰动调节，每次扰动调节时间间隔为30秒，当找到最大功率点时令DIR=0，说明最大功率点已经找到。此时定时20分钟，让系统在此最大功率点工作。定时完成后，此时Flag值为1，即以后采用小步长扰动调节。
5 系统的调试及结论
对控制系统总体进行了调试，结果表明采用改进扰动观测法的控制系统实现了良好的控制功能，避免了快速振荡现象的出现。本文提出的控制原理，可在一定程度上提高光伏系统的转换效率，控制方法未增加系统的复杂性。
参考文献：
[1]清华大学电子教研组编，阎石主编.数字电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，1998.
[2]张永瑞等编.电子测量技术基础.西安：西安电子科技大学出版社，2004.
[3]孙肖子、张企民编.模拟电子技术基础.西安：西安电子科技大学出版社，2001.
[4]张毅刚等.新编MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.
最大功率范文4
【关键词】光伏电池串联；模型；电流；电压；功率
引言
太阳能虽然具有取之不尽、用之不竭、分布广泛、获取容易和环保清洁等众多优点，但它亦有一些固有的缺陷：能量分散性大、密度低，光照强度因季节、昼夜的变化具有间歇性，而且受气候、地理环境的影响很大。所以为了提高太阳能利用率，除了研究如何提高光伏电池的光电转换效率和提高能量存储效率外，还必须研究如何提高光伏电池组合后的利用率。
在实际运行中，按照所需要的功率等级和电压可以将若干单个光伏电池串并联组成光伏阵列。本文在单片电池直流模型的基础上给出了串联电池的直流模型，在此基础上讨论了串联电池的输出特性及电池内部电流、电压及功率的分配。特别讨论了串联太阳电池中两个子电池具有相等和不相等输出电流时，其电压及功率的分配。
1 光伏电池串联的直流模型
1.1 单片光伏电池直流模型
在引入电池串联直流模型前，先回顾单片电池的直流模型的特点。一个较好的单片光伏电池直流模型等效电路如图1，内电路包括恒流源IL、二极管D、并联电阻Rsh、串联电阻Rs。外电路简化为一负载电阻RL。太阳电池伏安特性可以用下式表示：
下面简单讨论电池输出状态不同时功率及电压分配情况。当电池外接无源负载时，按照电池对外输出状态，将电池输出特性分为三种情况，即对外输出、开路及短路。
（1）当电池开路时，流过外电路的电流I为0，对外输出电压为开路电压Voc，电池对外不做功。但是，并联电阻和二极管上正偏压降为Voc，并且流过二极管及并联电阻的总电流为IL，恒流源对二极管和并联电阻做功，此时，恒流源对二极管和并联电阻做功功率为ILVoc。
（2）当电池处于短路时，对外电路输出电压V为0，电池对外也不做功。恒流源对二极管、并联电阻和串联电阻做功，功率为Isc2Rs。Isc为短路电流，由式（1）可得Isc满足
（2）
（3）电池对外做功时，恒流源同时对外部负载和电池内部的二极管、并联电阻、串联电阻做功。恒流源对内电路做功功率为 ，电池对外电路做功功率为 ；总的做功功率为 ，并且，输出电流小于短路电流；输出电压小于开路电压。电池对外电路做功有一个最大功率点，实际运用电池时，应使电池工作在最大功率点附近。通过对单片电池输出特性的简单讨论，可以看到在电池不同工作点，电池对外做功及内部损耗情况是不同的。
1.2 单片光伏电池近似看作恒流源的条件
对理想的太阳电池，可忽略串联电阻与并联电阻的影响，电池特性方程（1）可简化为
（3）
此时，光生电流等于短路电流，即： 。电池状态处于最
大功率点时，电流Im、电压Vm满足 。并且通常情况下，
。即在光伏电池性能非常好时，最大功率点电流与光电流可相差不大，电池工作点电压低于最大功率点电压时，光伏电池可近似看作是一个恒流源。
最大功率范文5
关键词：太阳能；光伏系统；最大功率点跟踪；电导增量法
中图分类号：TM615；TP274文献标识码：B
文章编号：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
能源紧缺,环境恶化是日趋严重的全球性问题。人类为追求可持续性发展，正积极发展可再生能源技术，寻找新能源已经是当前人类面临的迫切课题［1］。太阳能以其清沽、无污染，并且取之不尽、用之不竭等优点越来越得到人们的关注。全球能源专家们一致认定［2］：太阳能将成为21世纪最重要的能源之一。最近几十年，太阳能的光伏利用得到了迅猛的发展，受到了各国的普遍重视。光伏并网发电将太阳能转化为电能馈送给电网，是太阳能发电规模化发展的必然方向。其在缓解能源危机以及保护环境等方面都具有重大意义。
光伏系统的主要缺点一是初期投资比较大，二是太阳电池阵列的光电转换效率太低，目前最高的转换效率在实验室条件下也不超过30％［3］。为了解决这些问题，首先要研制价格低廉的并且能量转换效率高的光电材料，其次是在控制上实现太阳电池阵列的最大功率输出。目前，光伏系统的最大功率点跟踪问题已成为学术界研究的热点。
1 光伏并网系统的结构
光伏并网系统的结构如图1所示，控制单元MPPT为最大功率跟踪控制单元，其完成太阳电池阵列最大功率点工作电压Ur的确定。AVR为电压调节控制单元，其调节输出为并网电流幅值给定Ip，电流控制单元完成并网交流电流的跟踪控制。
图1 并网光伏系统结构图
2 光伏阵列输出特性
光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出受光照强度、环境温度和负载情况影响［4］。在一定的光照强度和环境温度下，光伏电池可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏电池的输出功率才达到最大值，这时光伏电池的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点（Maximum Power Point，MPP）［4］。因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，这一过程就称之为最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）。
图2为太阳电池阵列的输出功率P-U曲线，由图可知当阵列工作电压小于最大功率点电压Umax时，阵列输出功率随太阳电池端电压UPV上升而增加；当阵列工作电压大于最大功率点电压Umax时，阵列输出功率随UPV上升而减小。MPPT的实质是一个自寻优过程［5-9］，即通过控制阵列端电压UPV，使阵列能在各种不同的日照和温度环境下智能化地输出最大功率。
图2 太阳电池的输出功率P-U曲线
3 最大功率点跟踪（MPPT）控制
光伏系统常用的最大功率点跟踪方法有:定电压跟踪、扰动观察法、电导增量法、最优梯度法、滞环比较法、间歇扫描法、模糊控制法、实时监控法、神经网络预测法等［10］。这些方法都是根据太阳电池的特性曲线上最大功率点的特点来搜索最大功率点对应的电压，有的方法需要大量的计算，有的方法需要实时采样数据并进行分析。这些方法各有优缺点，可以根据不同的系统要求选用不同的控制方法。
3.1 电导增量法
电导增量法（Incremental Conductance）是MPPT控制常用的算法之一［4］。通过光伏阵列P-U曲线可知最大值Pmax处的斜率为零，所以有：
ИPmax=U・I（1）
dP/dU=I+U・dI/dU=0（2）
dI/dU=－I/U（3）И
式（3）为达到最大功率点的条件，当输出电导的变化量等于输出电导的负值时，光伏阵列工作在最大功率点。
3.2 本文提出的电导增量法
本文控制方法的程序流程图如图3所示，Un，In为检测到光伏阵列当前电压、电流值，Ub，Ib为上一控制周期的采样值。程序读进新值后先计算其与旧值之差，再判断电压差值是否为零（因后面做除法时分母不得为零）；若不为零，再判断式（3）是否成立，若成立则表示功率曲线斜率为零，达到最大功率点；若电导变化量大于负电导值，则表示功率曲线斜率为正，Ur值将增加；反之Ur将减少。再来讨论电压差值为零的情况，这时可以暂不处理Ur，Ы行下一个周期的检测，直到检测到电压差值不为零。
图3 电导增量法程序
4 结 语
电导增量法控制精确，响应速度比较快，适用于大气条件变化较快的场合。但是对硬件的要求特别是传感器的精度要求比较高，系统各个部分响应速度都要求比较快。这种最大功率点跟踪方法在光强和温度大范围变化的情况下具有高速、稳定跟踪特性。
参考文献
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作者简介 黄 瑶 女，1982年出生，壮族，硕士研究生。主要研究方向为控制理论与控制工程。
最大功率范文6
1．1最大功率点附近的多项式推导分析光伏电池模型实际是由单个电池串并联组成，其中并联电阻很大，串联电阻很小，两者之比几乎为104倍，因此，在实际应用中忽略了因并联电阻存在的漏电流和因内电阻引起输出电压下降。那么光伏电池数学模型可以简化为。光伏发电系统稳定工作点在恒压区，也就是工作点的电压变化很小，因此光伏电池最大功率点附近的工作电压U可近似等于最大功率点处的工作电压Um。根据简化的模型可以得到在最大功率点附近的输出功率。
1．2Newton插值MPPT算法Newton插值算法利用二次插值的思想，仅通过一步就可以跟踪到最大功率点，在跟踪速度和精准度上有很大优点。Newton插值MPPT算法原理:采集系统最大功率点附近3个工作点(U0，P(U0))，(U1，P(U1))，(U2，P(U2))，应用Newton插值法构造出光伏电池V－P曲线。Newton插值法的实现过程如表1所示。
1．3改进型MPPT算法通过对以上两种方法的分析和研究，扰动观察法简单易实现但存在振荡，Newton插值法实现跟踪精度高，所以本文提出了一种将两者相结合的改进型MPPT算法，能够提高系统最大功率跟踪的稳态精度和跟踪的精度。该算法具体实现的思想是首先用变步长扰动观察法快速跟踪到最大功率点附近。0时，说明最大功率点在所取的三个点之间，此时用Newton插值法快速拟合出三点之间的曲线，精确的跟踪到最大功率点处。该算法实现的流程图如图3所示。情况(1)如图4所示，说明此时在最大功率点的左侧正在上坡，那么需要沿着同方向扰动，扰动量是变步长的，步长扰动量为h=a*k1*k2，a为扰动速度因子，文中取2，扰动后令电压:uout=u(k－2)+h。情况(2)如图5所示，说明此时在最大功率点的右侧正在下坡，那么需要向相反方向扰动，扰动后的电压为uout=u(k)－h。当k1*k2＜0时，k1＞0，k2＞0或者k1＜0，k2＞0，如图6中③所示，说明此时最大功率点在这三点之间，那么用Newton插值法快速跟踪到最大功率点处，用DSP来控制输出电压。牛顿插值的输出电压公式。
2仿真验证
为了验证该改进型算法，本文以MATLAB为工具搭建了相关三相并网发电系统仿真模型，如图7所示，设定相关仿真参数:直流侧上下电容均设定为4000μF，每相滤波电感设定为4mH，逆变桥为三电平拓扑结构，PV组件阵列的开路电压设置为748V，短路电流设置为26．5A，最大功率点电压设置为600V，最大功率点电流设置为24．5A，三相电网电压设置为380V，频率50Hz。在PV模块中，数字25所在的模块代表环境温度，取25℃，温度模块下方的是光照强度模块，time一栏中输入时间点，amplitude一栏中输入光照强度，在0时刻，设定对应的光照强度和温度等的综合因子为1，当0．5时刻，设定对应的光照强度和温度等综合因子为0．8。仿真结果如图8所示:为光伏系统的MPPT跟踪效率，能够在0．2s内精确的跟踪到最大功率点处的电压，在0～0．5s之间，外界环境温度和光照等综合因子为1时，PV组件的电压始终跟随在MPPT计算出的最大功率点的电压值600V附近，与实验设定的电压相符合，在0．5s处加了外界干扰，将光照强度和温度等综合因子由1降为0．8，此时电压也跟着下降，发生轻微振荡，但在干扰的情况还是能得到最大功率，在0．6s处取消外界干扰，电压也恢复上升，重新跟随在MPPT计算出的当前环境下的最大功率点的电压附近，这表明无论外界环境如何变化，PV组件始终工作在最大功率点对应的电压，很好地完成了最大功率跟踪的任务。传统扰动观察法和改进MPPT算法在最大功率点附近的振荡对比如图9和图10所示。由以上对比可知:改进型MPPT算法比传统扰动观察法在最大功率点处的振荡明显减小，基本能够精确的跟踪，解决了振荡问题带来的能量损失。
3结束语
