光伏并网发电系统最大功率跟踪新算法及仿真

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1、万方数据第28卷第7期2008年7月电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentV01．28No．7Jul．2008@光伏并网发电系统最大功率跟踪新算法及其仿真‘栗秋华，周林，刘镪，张凤，武剑(重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆400044)接要：根据光伏阵列的特性，开发了光伏阵列的通用仿真模型。该模型可以模拟任意日照和温度下光伏电池的输出特性。分析了光伏并网发电系统最大功率跟踪的算法，针对最常用的最大功率跟踪方法——扰动观察法的不足，提出了一种新的最大功率跟踪的新算法。在Matlab／Simuli

2、nk下进行了建模与仿真。仿真结果表明该方法在一定程度上可解决光伏电池输出非线性的问题。有效地避免跟踪的偏差，能够准确地跟踪太阳能电池的最大功率点，有效地提高光伏电池的输出效率。其动态响应速度快．使光伏系统具有良好的动态和稳态性能。关键词：最大功率跟踪；光伏发电系统；扰动观察法；开关占空比中图分类号：TM615文献标识码：A文章编号：1006_6047(2008)07—0021一04O引言太阳能被广泛应用于蓄电池充电系统、水泵、家用电源和卫星能源等领域『I。4】。但是，光伏发电系统的一个主要缺点是其价格昂贵而发电效率却较低，这已成为限制其发展的主要

3、因素之一。所有的光伏系统都希望电池阵列在同样13照、温度的条件下输出尽可能多的电能，以提高其发电效率，这也就是理论和实践上的太阳能电池阵列的最大功率点跟踪MPPT(MaximumPowerPointTracking)[5．6J。太阳能光电应用的13益普及加速了人们对这一问题的研究。目前，国内外已经提出了多种MPPrr算法。扰动观察法由于实现简单，需要测量的参数少。是目前光伏系统中最为常用的MP胛方法．但是该方法在系统达到最大功率点后，会在其左右振荡．造成较大的能量损耗。尤其是在气候条件变化缓慢时，情况更为严重r141。基于此，提出了一种改进的自适

4、应占空比扰动法，该方法有效地克服了传统的扰动观察法的不足，能够同时提高系统的动态和稳态性能。1扰动观察法光伏发电系统实际中常用的MPPT法的基本思想都是调整系统的输出电压．从而达到系统最优工作点。在最大功率点跟踪过程中。就是要不断调整输出电压，使得dP／dU=O(P表示光伏系统输出功率，U表示光伏系统输出电压)。扰动观察法[10-H1跟踪情况的示意图如图l所示。扰动观察法的动态跟踪过程为，假设工作点在∽处，光伏电池的输出功率为PI，如果使工作点移到巩=矾+AU，光伏电池的输出功率为P2，比较尸l与P2可收稿日期：2007—03—20；修回日期：2

5、007—08—29得P2>Pl，说明输入信号差△U使得输出功率变大，工作点位于最大功率点的左边，继续增大电压。使工作继续朝向右边即P眦，的方向变化。如果工作点超过了凡。到达以，此时若再增加电压，使工作点移到以=U4+AU，则比较可得P4<／'5，说明丁作点在P舢。的右边．因此需要改变输入信号变化的方向。每次减去△U，这样周而复始地循环，直到找到最大功率点。POUlU!U，U。UlU，圈1扰动观察法跟踪情况示意图Fig．1Trackingofperturb．．and．．observemethod文献f10]中提出了对光伏电池输出的电流进行扰动来实现

6、最大功率点的跟踪，其思想是一样的。运用扰动观察法对最大功率进行扰动时，当到达最大功率点P啪。附近后，其扰动也不会停止，这样系统的工作点只能在最大功率点附近振荡运行，导致部分功率的损失，此外．初始值和跟踪的步长对跟踪的精度和速度都有较大的影响。有时会发生程序运行中的失序(误判)现象。．2占空比扰动法在光伏系统的应用中．光伏阵列和负载之间的接口通常采用PWM型的DC／DC变换器和DC／AC逆变器，在这种电路的拓扑结构中，占空比D就是可以控制的变量。文献[12]提出了一种基于PV光伏阵列输出功率与占空比之间关系的MPPT法——占空比扰动法。利用占空比扰

7、动法的光伏发电系统的结构框图如图2所示。MPPrr控制器通过调整PWM信号的占空比D来调节变换器的输入／输出关系，从万方数据国电力自动化设备第28卷圈2利用占空比扰动法的光伏发电系统的结构框图Fig．2BlockdiagramofPVsystemwithdutycycleperturbmethod而实现阻抗匹配的功能。因此，占空比D的大小决定了光伏电池输出功率P的大小。图3为P-D关系的示意图[121，从图中不难发现，P-D的关系与P-U的关系相似，并且当du9／dD=0时，输出功率达到最大值，因此扰动观察法的原理仍然适用。占空比扰动法通过当前功

8、率与前一时刻的功率比较．从而决定占空比的增加和减少。这种方法直接把占空比作为控制参数。只需要一个控制循环，从而减少了控制器设计的难度。P