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时间:2017-12-20
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1、探究分布式风光互补系统控制和最大功率跟踪策略 摘要随着社会经济的发展,能源问题及环境问题日益突出,在新能源研究领域,风能与太阳能的最大能量捕获属于研究的重要方向,应用最大功率跟踪方法,可以有效提高风电机组及光伏发电系统电能输出效率与系统响应速度。最大功率跟踪控制方法水平直接影响着风能与太阳能的利用效率与系统运行的整体性能。当前光伏最大功率跟踪控制方法跟踪速度慢,抗干扰能力较差,输出效率较低,限制着光伏发电的进一步发展。提出对分布式风光互补系统控制与最大功率跟踪策略研究,重点对风光互补系统、控制方法及最大功率跟踪控制方法进行研究。关键字分布式风光互补系统;控制;最大功率跟踪中图分类号TM
2、6文献标识码A文章编号1674-6708(2014)109-0143-021光伏发电、风能发电与风光互补技术概述8太阳能光伏发电是通过光伏板接收太阳光辐射,在辐射作用下,光伏板正负两极形成电压差,将直流负载直接连接到光伏两极,此时电流属于负载所消耗功率,其功率低于光伏发电系统的最大输出功率。为提高光伏发电系统最大输出功率,提高输出功率,通常会在光伏板中设计DC/DC电路,通过DC/DC电路改变等效负载值,从而让光伏发电系统输出最大功率。风电机组是利用风能带动风轮,风轮带动发电机进行发电,其发电电能属于交流电,如其发电系统为并网型,可以应用AC/AC电路进行风轮转速控制并获得与电网一致的电
3、能电压及频率,如其发电系统为离网型,其发电为直流负载,将其交流电转变为直流电后,通过DC/DC电路进行风轮转速控制,从而实现风能最大功率跟踪。通过研究发现,风能与太阳能之间存在着良好互补性,如大部分地区夏季太阳能大,风能小,冬季太阳能小,风能大,通过综合应用太阳能与风能,实现再生资源的最大效用,这种形式被称为风光互补系统。2光伏输出特性研究光伏输出特性存在着十分明显的非线性,其输出受多占用因素的影响。如下图为一定照度不同温度下光伏电压电流输出曲线图:图1一定照度不同温度下光伏电压电流输出曲线图从上图中可以看出,在照度保持一定的基础上,其光伏板温度变化,光伏所产生的电流与电压值也会出现变化
4、,其中电流变化幅度较小,在温度增加下电流略微增加,电压变化幅度较大,在温度增加下光伏输出电压逐渐降低。由此可以看出,光伏输出其线非线性较为明显,其最大输出功率曲线则近乎一条直线。8为实现最大功率点快速跟踪,则必须获得实时优化电流值,其电流值的计算则需要获取光伏内部参数值,从本质上来看,其光伏组件内部参数的求解,实际上是获取该光伏组件反向饱和电流与二极管品质因子,两者决定着光伏输出特性及输出效率。通过对二极管品质因素对光伏输出特性影响的研究发现,在一定温度及照度基础上,增加光伏二极管品质因子,其输出功率增加,反向饱和电流增加,光伏输出效率同样会增加,证明了光伏组件反向饱和电流与二极管品质因
5、子对光伏输出特性的影响。3光伏最大功率跟踪控制方法及算法3.1在理想照度下的光伏最大功率跟踪算法1)常规最大功率跟踪控制方法在理想照度前提下,其光伏最大功率跟踪方法主要包括扰动观察法、恒定电压法、增量电导法与模糊逻辑法。其中扰动观察法属于当前最为常用的最大功率跟踪方法,其应用是在输出电压或电流中增加扰动±△,在跟踪过程中,以对比输出功率值的方式判断是否改变输出电压或输出电流,从而实现最大功率跟踪。扰动观察法始终处于动态比较过程中,其计算量较大,跟踪效率较低;恒定电压法属于最为简单的一种最大功率跟踪方式,其方法是通过设置优化电压,在跟踪控制过程中,输出电压不断跟踪优化电压值并实现最大功率跟
6、踪,如下图为恒定电压法输出特性曲线图:8图2恒定电压法输出特性曲线图从上图中可以看出,只有当恒定电压为15.2V时,光伏输出功率点与最大输出功率曲线只存在一点相交,由此可见这种最大功率跟踪控制方法跟踪效率较低,输出效率较低;增量电导法是通过不断判断dP/dV是否等于0实现最大效率跟踪,如dP/dV=0,则其跟踪到最大功率点,如dP/dV≠0,则继续判断。光伏输出处于最大功率点时,其满足如下公式:这种最大功率跟踪方法实现较为容易,但其测量精度要求较高,计算量较大,输出效率一般;模糊逻辑法属于一种基于数学模型的智能控制方法,通过专家自身经验进行模糊规则与隶属函数设置,以模糊处理方法对隶属度进
7、行反模糊处理并获取输出量,实现最大功率输出控制,这种方法跟踪速度快,但其控制效果受专家经验影响较大,其输出效率较高。2)快速优化电流的最大功率跟踪算法快速优化电流的最大功率跟踪算法的实现,是在获取输出电流值的基础上,将其电流值调整到Kx值为0.87的近似优化电流,并对光伏照度、温度等进行补偿,其计算及跟踪速度较快,可以实现最高功率点的高效跟踪。3.2部分遮蔽光伏状态下最大功率跟踪控制方法8在光伏发电中,其光伏阵列尺寸、光伏构件串并联
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