基于光伏电池输出特性的M算法研究毕业论文.doc

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1、基于光伏电池输出特性的MPPT算法研究摘要：为了寻找更好的实现光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法，基于单个光伏电池的物理特性建立了太阳能光伏电池阵列的Mat1ab仿真模型，分析了太阳能光伏电池阵列所具有的随着光照强度和温度不同而变化的P—u和I．u非线性特性。基于光伏电池的动态特性，在最大功率点跟踪算法的设计中增加一个电流监测回路，并结合自寻优技术对电导增量法进行改进，提出了一种自适应变步长寻优算法以及自适应爬山法。下面对每一种算法进行一定的研究，以探寻哪种方法最优。一、引言受外界环境因素影响变化大、发

2、电效率低等特点严重制约了光伏效应太阳能电池的推广使用。如何有效降低光伏效应太阳能电池设计成本，提高发电效率是目前研究的热点和输出功率，从而显著提升光伏电池的工作效率。最大功率点跟踪控制器，通过调节负载功率，改变光伏电池板的输出电压和电流，试图使电池板输出最大功率“。目前，最大功率点跟踪算法主要集中在扰动观测法卅和电导增量法。设计实现。这两种主要算法均涉及调整因子△。△u取值与能否很好实现最大功率跟踪关系紧密。△设置太大，导致跟踪精度对最大功率点进行准确锁定；△取值太小，虽然提高了跟踪精度，但是跟踪速度却

3、很慢，系统将损失较多能量。为获取理想的△国内外学者尝试采用PID，模糊控制，神经元网络等踪速度和控制精度的折衷，却无法全面提升系统性能。本文在光伏电池最大功率点跟踪苏昂发中增加一个电流检测回路，结合变步长自寻优技术对电导增量法进行了改进，并且研究了改进型的自适应爬山算法对其实行最大功率跟踪，这样就就能对各种MPPT有一个全面的认识，从而选择一个最适合实际的方案，其中后两个方案最优。二、光伏电池的等效模型和输出特性1.光伏电池的数学模型光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制成的，它的I—v。特性随光照G(w

4、，n12)和电池表面温度T(℃)的变化而变化，满足I=(U，G，T)。根据电子学理论，可得光伏电池的实际等效电路模型如图l所示。单个光伏电池的输出伏安特性表达式为一个理想的光伏电池，其等效串联电阻很小，等效并联电阻R。却很大，当光照较强时，光电流远远大于(U+IR)／凡n，忽略等效并联电阻影响，式(1)可简化为建立光伏电池数学模型式中：I——光伏电池输出电流，u——光伏电池输出电压，Iph——光生电流，I。——二极管反相饱和电流，I——短路电流，U一开路电压，k_玻尔兹曼常数，q——电子的电荷量，n——

5、二极管特性因子，凡——光伏电池的串联电阻，厂光伏电池的并联电阻，E广为禁带宽度，晶体硅的E一般为1．12Ev，G——太阳辐射强度，G～标准太阳辐射强度，一般1.光伏电池的输出特性分析本文选用SoIarexMSx6O60w电池进行实验分析。当光强，温度T。=25℃时，SolarexMSX606OW电气参数为：u=21．OI=3．74A，u=l7．1I=3．5A，P=59．9W。根据上面光伏电池的数学模型和相关的电气参数，运用Mat】ab建立光伏方阵的计算机模型”，得到光伏电池在不同工作条件下的输出特性曲线

6、，如图2，图3所示。对光伏电池的输出特性进行分析得出：①光伏电池在低压段近似为恒流源，在接近开路电压时近似为恒压源；②短路电流随太阳辐射度增强而增大，开路电压随温度升高而降低；③最大功率点电压约为开路电压的78％；④输出功率在某一点达到最大值，该点即为光伏电池的最大功率点(MPP)，且随光照强度的增强而增加，随温度升高而降低。一、最大功率点跟踪算法1.扰动观测法扰动观测法通过负载周期性调整，动态改变电源输出功率，比较负载变动前后输出功率的观测结果，决定负载的下一步变动方向，从而保证电源的输出功率最大。该

7、控制逻辑简单易行，尤其适合与光强大、变化慢的工作状况。然而，当光强快速变化，该方法极易发生逻辑误判引起功率振荡，因而大大降低了光伏电池工作效率。其实质是通过控制光伏电池阵列端电压UPV,即根据各种不同的光照及温度环境下不断调整UPV,使阵列始终输出最大功率。当满足dP/dU=0时,系统运行在最大功率点。扰动观察法在天气变化较快的情况下会出现错误判断,偏离最大功率点,而且跟踪步长对跟踪精度和响应速度无法兼顾。2.传统电导增量法由光伏阵列的P．u曲线可知，在最大功率点P一处有dP／dU=0，所以有此为电导增

8、量法达到最大功率点的条件，即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，随后算法通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号，在电导增量大于瞬间电导的区域增加工作电压，在电导增量小于瞬间电导的区域减小工作电压，当两者相等时，电压保持不变；在电压不变电流增加时，增加工作电压，在电压不变电流减小时，减小工作电压。电导增量法控制流程图如图4所示。传统的电导增量法能够根据外界环境的变化做出正确的跟踪判断，但它的步长固定，步