太阳能绿地灌溉的mppt仿真研究

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1、2015年2月农机化研究第2期太阳能绿地灌溉的MPPT仿真研究1，2111，2匡迎春，欧明文，曾文辉，姚帮松(1．湖南农业大学工学院，长沙410128;2．湖南省现代农业装备技术研究中心，长沙410128)摘要:为了改善太阳能电池的转换效率，需要对其输出的最大功率实施跟踪。为此，针对绿地灌溉的太阳能供电系统，根据太阳能电池的模型及其输出特性，将恒压跟踪法和扰动观察法结合在一起，实现了太阳能电池最大功率点跟踪，并通过仿真研究进行了验证。关键词:太阳能电池;恒压跟踪法;扰动观察法;最大功率点跟踪;绿地

2、灌溉中图分类号:S275;S214文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)02－0240－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.0570引言随着世界社会的经济迅猛发展，能源和资源需求大幅增长。太阳能由于具有绿色、无污染、无噪音等独特的优点，已经成为一种最具潜力的、新的、重要的能量来源。近年来，绿地灌溉逐步采用自动灌溉的方式，但自动灌溉设备仍依赖市网提供电能，加重了市网用电负荷，且有些灌溉区域根本无法采用市网供电。将太阳能光伏发电应用于绿地灌溉，达到了节

3、约［1－2］电能的目的。光伏发电是太阳能应用研究的一个核心。太阳图1不同光照强度下最大功率点的变化能是一种非线性元件，其输出最大功率点和最大功率Fig．1Thesolarirradiancechangesinthemaximumpowerpoint点电压会随着光照强度和环境温度的变化而变化，只［3－4］有在某一电压下才能输出最大功率。因此，为了提高光伏电池的转换效率，使其在同样日照强度和环境温度下输出尽可能多的电能，需要在光伏阵列工作时对其进行最大功率工作点跟踪控制。1MPPT工作原理1．1太阳能

4、电池电气特性太阳辐照度和组件温度是影响太阳能电池输出功率的两个主要因素。研究证明:太阳能电池在同一温度下，太阳辐照度越低，输出电流越低，相应最大功［5］率点也越低;但开路电压基本保持不变。图1、图2图2不同温度下最大功率点的变化给出了光伏电池在不同光照强度和不同温度条件下Fig．2Differenttemperaturechangeofthemaximumpowerpoint的输出特性曲线。1．2最大功率跟踪原理从以上面分析可知，太阳能电池的输出功率受太阳辐照强度与环境温度影响较大。在实际情况中，

5、太收稿日期:2014－03－14基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAD35B05)阳能电池需要连接负载。因太阳辐照与环境温度都作者简介:匡迎春(1971－)，女，湖南醴陵人，教授，博士，(E－mail)具有很强的变化性，太阳能电池的输出功率可能偏离kyc7716@yahoo．com。其最大功率点，导致太阳能电池功率输出与负载无法·240·2015年2月农机化研究第2期实现最佳匹配，使太阳能电池的发电效率降低。为了当积值等于0时，说明太阳能电池工作在最大功率让太阳能电池工作在高效状

6、态，本文通过供电主回路点;当积值小于0或者大于0时，说明太阳能电池未中的前级降压斩波电路与负载相连，并对降压斩波电工作在最大功率点。此时，控制系统给出一个占空比路中的功率管V1进行脉冲宽度调制(PWM)，改变太增量，让系统接近最大功率点，这样不断地扰动就可阳能电池的等效负载，以实现太阳能电池最大输出功让太阳能电池输出功率接近最大功率点。扰动观察［6］率与负载相匹配，从而达到最大功率跟踪的目的。法跟踪方向如图5所示。2MPPT控制算法研究2．1系统结构由于太阳能光伏绿地自动灌溉系统中所有负载供电都通

7、过太阳能独立供电环节提供。所以，系统主回路在工作过程中不仅要让太阳能电池工作输出电压维持在最大功率点(MPPT)附近，使得太阳能电池板实时输出功率最大，而且又要实现多电压等级电能输出。综合考虑，本文供电主回路采用前级降压斩波电路(buckchopper)，后级采用LTM4605与LM7805实现系统12、5V的直流电压输出与负载相匹配。电路结构如图3所示。图3系统主回路图4最大功率点跟踪算法流程图Fig．3ThemaincircuitofthesystemFig．4Theflowchartofma

8、ximumpowerpointtrackingalgorithm2．2MPPT控制算法由图1和图2可知，在温度变化稳定时，不同辐照状态下最大功率点所对应的电压基本稳定在太阳能电池板的最佳输出电压附近(本文所采用的太阳能电池板的最佳输出电压为37．7V)，所以把最大功率点跟踪转化为对电压的跟踪，即采用恒压跟踪法。此方法追踪速度快，对太阳辐照发生突变和负载发生突变时适应性强，但在温度变化较大时追踪精度偏低。在温度变化时，由于太阳能电池的开路电压变化，所以采用电压追踪无法满足系统要求，可