光伏发电系统最大功率点跟踪控制

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1、光伏发电系统最大功率点跟踪控制

2、第1...摘要：太阳光发电作为洁净的和未来最有希望发光电方式之一，越来越受到人们的重视。光伏发电系统各个方面的研究都在不断地深入进行着，本文讨论的太阳光发电系统的最大功率点跟踪控制就是其中一个重要的研究课题。从实际应用角度出发，详细论述了采用功率对电压微分法进行最大功率点跟踪控制的过程，并通过实验验证其可行性和有效性。关键词：太阳能电池太阳光发电系统最大功率点跟踪升压电路太阳能电池的最大功率点跟踪控制是为充分利用太阳能，使太阳能电池始终输出最大电功率的控制，有登山法、功率数字模型法等。功率数字模型法是建立功率对占空

3、比的数字模型，当日射量和温度有变化时要重新求得数字模型的参数，通过改变占空比达到最大功率点。因为是用4次方程定义功率对占空比的特性曲线，所以有一定的近似程度。登山法是最常用的控制法，通常的登山法是在最大功率点附近逐点计算、比较功率值来寻找最大功率点。当日射强度和温度急剧变化时，太阳能电池的输出特性也会有相应的变化，这就造成最大功率点的快速跟踪难以实现。500)this.style.ouseg(this)">本文介绍的登山法在太阳能电池的输出特性有变化时也能快速地达最大功率点。此控制系统以阻性负载的独立运行太阳光发电系统为基础，根据太阳能电池的输出

4、功率对电压微分在最大功率点必然是0这一原理实现最大功率点跟踪控制。这种微分控制法，可以不考虑幅射强度和太阳能电池的温度变化对控制的直接影响。把导出的非线性状态方程经线性化处理后，将检测出的太阳能电池的输出功率和电压值代入求解，计算其微分及误差，然后根据误差结果通过自动控制使上述微分值始终趋向和保持为0。由此可见，500)this.style.ouseg(this)">如何高精度、快速地求得太阳能电池的输出功率对电压的微分是问题的关键所在。本文从对状态方程的分析，得出了改变斩波器的占空比就可以改变太阳能电池的输出电压的结论，然后利用太阳能电池在最大

5、功率点的输出功率对电压微分是0，的大批量进行控制。1太阳光发电系统1.1系统构成图1为纯电阻负载的太阳光发电控制系统。本系统实现最大功率控制的斩波器由电容Cs、电感Cs、电感Ic、功率开关Tc、二极管Dc以及滤波电容Cd构成。其中与太阳能电池并联的滤波电容Cs为斩波器产生的高频电流提供通路，以确保太阳能电池保持近似稳态电流输出，这样就可以不考虑太阳能电池的滞后性，而仅通过改变功率开关的开通占空比来进行最大功率控制。1.2太阳能电池的输出特性太阳能电池的电压-电流（es-is）特性在忽略太阳能电池内部小的串联和并联电阻以后可以表示为：500)thi

6、s.style.ouseg(this)">式中，IPH是太阳能电池的短路电流，I0为二极管反包饱和电池，q为电子电荷，K为波耳兹最曼常数，T是绝对温度。图2是太阳能电池的es-is特性随日射强度和温度变化的关系。由图可见，es-is特性是非线性的，并存在最大功率点，而且最大功率点也随日射强度和太阳能电池温度的变化而变化。因此，为获得太阳强电池最大输出，最大功率点跟踪是必要的。1.3太阳能电池的最大功率和功率对电压的微分的关系太阳能电池输出功率Ps及功率对电压微分dPs/de，可由下式表示：500)this.style.ouseg(this)">图

7、3给出了日照1kOSFET的工作状态和效率，同时也在一定程序上影响最大功率点的跟踪速度，因此要通过实验选定电感值，使MOSFET稳定工作，并在D不变时使太阳能电池输出功率相对较大。斩波器的斩波频率经计算和实验定为16kHz。A/D变换器AD0809的采样周期定为100μs。3.1启动时控制开始前电容Cs、Cd由太阳能电池充电，其电压是太阳能电池的开路电压。其后斩波器启动，开始最大功率跟踪控制。开始时D为0.50，检测到的（ΔPs/Δes）0作初始值，根据其正负决定D的增减方向，从而改变斩波器的D值，然后再对ΔPs/Δes进行检测，直到ΔPs/Δe

8、s等于零，即完成最大功率点跟踪控制。进行最大功率控制的MOSFET栅极电压波形如图5所示。此时，占空比是0.655，太阳能电池PV输出电压为60.1V，输出电流为4.2A，输出功率为252.42s。得到的最大功率点与太阳能电池评价装置mp-140同时测的最大功率点相同。另外，达到最大功率点后，日射量不变则D基本不变，功率对电压的微分保持为0，即在最大功率点附近功率的波动非常小，达到较高的控制精度和稳定度。3.2日射量变动时为了确认日射强度相对变动时的控制特性，采用遮光的办法，急速地改变太阳能电池阵列的输出功率，500)this.style.ous

9、eg(this)">使PV输出功率从152.4W急速减小到87.5W，然后又急速增大到152.4W，观察其反应。实验结果是占空比很快由0