文档介绍：基于改进扰动观察法的光伏阵列MPPT研究
时间:2012-11-17 23:19:50 来源: 作者:冀捐灶,周伟,肖强
摘要:针对常规扰动观察(P&0)法由于环境快速变化带来的失效性问题,提出一种基于改进P&0法的最大功率点跟踪(MPPT)算法。采用一种压阻可变的方法模拟光伏阵列的输出特性。改进P&O法通过控制Boost变换器的占空比改变变换器的输入电压,从而实现MPPT。以DSP芯片A为控制电路主处理器,以Boost变换器为主拓扑电路,搭建了模拟光伏阵列MPPT实验系统。实验结果表明,该改进算法能有效地跟踪光伏阵列最大功率点(MPP)。
关键词:光伏阵列;变换器;最大功率点;扰动观察法
1 引言
太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,能量转换效率较低是其发展受到制约的主要因素之一。要提高转换效率,需有效地解决MPPT问题。常用的MPPT方法有:P&O法、恒定电压法、导纳增量法、最优梯度法等,文献比较了各方法的优缺点;文献深入研究了几种算法的合成算法;文献介绍了自适应模糊控制法等智能MPPT算法。 P&O法是工程上实现MPPT最常用的方法之一,其跟踪方法简单,易于模块化控制,但在外界环境快速变化时该算法存在失效问题。此处提出一种改进的P&O法,以提高系统应对外界环境快速变化的能力。采用一种压阻可变的方法模拟光伏阵列的输出特性,通过改进P&O法控制Boost变换器的占空比来实现MPPT。
2 光伏阵列特性
光伏电池的基本结构是能够将光能转换为电能的PN结,其等效模型如图1所示。
光伏电池输出特性方程为:
式中:IL为负载电流;IG为光电流;Io为电池内部等效二极管反向饱和电流;Uoc为开路电压;UVD为等效二极管端电压;A为PN结曲线常数;K为波尔兹曼常数;q为电子电荷;T为电池表面温度;Rs为串联电阻;Rsh为旁路电阻。
在实际运行中,按照需要的功率和电压等级,可将若干个单体光伏电池串、并联组成光伏阵列。为了既便于说明问题,又不失一般性,此处采用光伏阵列的理想模型,其输出为:
式中:Uall,Iall,Pall分别为光伏阵列的输出电压、电流和功率;Ucell,Icell,Pcell分别为单体光伏电池的电压、电流和功率;
Ns,Np分别为光伏阵列中串、并联的电池个数。
光伏阵列的输出特性曲线如图2所示。可见,光伏阵列在较高电压区域有低内阻特性,可视为电压源;在较低电压区域有高电阻特性,可视为电流源。在一定光照强度和工作温度下,光伏阵列存在唯一的MPP,其输出呈非线性特征。因此,在实际应用中,为了提高电池的使用效率,应实时调整光伏阵列的工作点,使其始终工作在MPP。
3
光伏阵列输出特性模拟
直接使用太阳能电池进行实验存在时间长、费用高等缺点。为了便于
研究光伏阵列的输出特性,提出一种压阻可变的方法模拟光伏阵列的输出特性。实验电路如图3所示。图中,Us为直流源,R0为可变电阻,用于模拟太阳能阵列;U0为模拟光伏阵列的输出电压,后接DC/DC变换器,R1为纯电阻负载;DC/DC变换器选用Boost变换器。通过控制Us的值,改变光伏阵列MPP处U0的值;通过调节R0的值,改变最大输出功率。
对于理想Boost变换器,有:
式