基于扰动观察法的Boost电路实现光伏阵列的MPPT策略VIP免费

基于扰动观察法的Boost电路实现光伏阵列的MPPT策略朱海勇（东南大学电气工程学院，南京市玄武区四牌楼2号）PhotovoltaicArrayMPPTBasedonPerturbationandObservationMethodZHUHai-yong(SchoolofElectricalEngineering,SoutheastUniversity,NanjingXuanwuFourArchesonthe2nd)ABSTRACT:Duetothenonlinearcharacteristicsofphotovoltaicarrayoutput,inordertoincreasetheoutputefficiencyofphotovoltaicpowergenerationsystem,itneedstobethemaximumpowerpointtracking(MPPT),perturbationandobservationmethodisproposedbasedonthemaximumpowerpointtrackingmethod.Inthecontrolmethodfortheoutputpowerofthephotovoltaicjudgmentbasedphotovoltaiccellsbyregulatingtheoutputvoltage,inordertoachievemaximumpowerpointtracking.KEYWORDS：pvarraypowergeneration;maximumpowerpointtracking;disturbanceobservationmethod摘要：由于光伏阵列输出特性具有非线性，为了提高光伏发电系统的输出效率，需要对其进行最大功率点跟踪（MPPT），提出了基于扰动观察法的最大功率点跟踪方法。该控制方法以光伏输出功率的变化为判断依据，通过对光伏电池的输出电压进行调节，从而实现最大功率点跟踪。关键词：光伏阵列发电；最大功率点跟踪；扰动观察法１介绍太阳能作为一种无污染、可再生的能源，日益受到人们的关注，光伏发电在未来的供电系统中扮演着重要的角色[1]。但是，光伏发电由于其核心光伏阵列具有非线性的输出特性，受光照强度、环境温度和负载的影响较大导致输出功率不稳定，发电效率降低。因此如何进一步提高光伏阵列的转换效率，充分利用其转换的能量实现最大功率跟踪，一直是光伏发电系统研究的一项重要课题。由于电池表面温度和日照强度的变化都可以导致输出特性发生较大的变化，为了提高光伏系统的效率，充分利用光伏阵列产生的能量，因此需要光伏阵列的输出始终保持最大，系统要求实时地跟踪光伏阵列的最大功率点。要解决此问题可在光伏阵列与负载之间加入最大功率点跟踪装置，即MPPT。由于光伏发电系统在拓扑结构、负载特性等方面的差异，光伏阵列最大功率跟踪的方法也多种多样。目前比较常见的控制方法有扰动观察法（Perturbation&Observation，P&O）、恒定电压法（CVT）、电导增量法、模糊逻辑控制法等。２光伏电池阵列特性分析在光伏系统中一般要求太阳电池始终输出最大功率,即系统要能跟踪太阳电池输出的最大功率点。图1为太阳电池阵列的输出功率特性P2V曲线。由图可知,当太阳电池工作电压小于最大功率点电压Umax时,输出功率随太阳电池端电压V上升而增加;工作电压大于最大功率点电压Umax时,输出功率随V上升而减少。实现最大功率点跟踪实质上是一个自寻优过程,即通过控制太阳电池端电压V,使电池能在各种不同的日照和温度环境下智能化地输出最大功率,不断获得最大功率输出,这就是太阳电池的最大功率跟踪。实现最大功率跟踪有不同的方法,如间歇扫描法、功率回授法、扰动观察法、电导增量法等。比较各种方法,各有所长,笔者觉得电导增量法最大的优点是当太阳电池上的照度产生变化时,其输出端电压能以平稳的方式追随其变化,其电压波动较扰动观察法小,不易引起输出电压振荡,输出功率稳定。图１太阳电池输出功率特性曲线太阳能光伏电池通过半导体材料的光伏效应来产生电能，电池组件的特性随光照辐射强度和电池温度的变化而变化，其输出电流—电压数学模型可表示为[4]：（1）式（1）中，Iph为光生电流(A)，光伏电池单体数量级为10-4A；Io为PN结反向饱和电流(A)；Rs为串联电阻，阻值很小，一般小于1Ω；Rsh为旁漏电阻，阻值比较高，一般数量级为KΩ；A为二极管品质因子；K为波耳兹曼常数(K=1.38×10-23J/K)；T为绝对温度(K)，T=t+273.15；q为单位电荷数(q=1.6×10-19C)。设在某光照条件下，光伏电池的开路电压和短路电流分别为Uoc和Isc，将式(1)简化为[5]：（2）式（2）中：其中，Sref和Tref分别为标准参考光照强度和标准参考面板温度，一般取1000W/m2，25℃；Uoc和Isc分别为开路电压和短路电流，Um和Im分别为最大功率点电压和电流；α为电流变化温度系数，单位为A/℃；β为电压...