文档介绍：《现代电力电子技术》课程报告
无电压传感器的光伏MPPT研究
姓名:郑思远
学号:
学科专业:控制工程
年级:15级
学期:2016/2017学年第一学期
完成时间:2016年12月8日
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无电压传感器的光伏MPPT研究
摘要:最大功率点跟踪在光伏阵列工作时发挥着重要作用,针对目前采用的最大功率点跟踪算法均需要计算功率,本文提出了一种无电压传感器的改进型控制策略。该方法基于DC-DC变换器输入电流的控制,通过变步长调节实现占空比自寻优,使光伏阵列输出最大功率,算法实现过程不需要功率计算。最后通过仿真对该方法进行验证和测试,结果表明该方法准确实现最大功率跟踪,同时动态响应特性和稳定性也较为优良。
关键词:光伏阵列;最大功率点跟踪;无电压传感器;自寻优
1引言
随着分布式电源发电技术的发展,光伏发电得到的大规模应用。相应的,光伏阵列控制技术成为了研究热点,而MPPT技术因其可以提高光伏阵列的工作效率,得到了广泛关注。目前常用的MPPT技术主要有恒定电压法[1]、扰动观察法[2]和电导增量法[3]。恒定电压法控制策略简单易于实现,但其在外界条件变化后功率曲线会发生偏移,而无法工作在最大功率点(MPP)。扰动观察法概念清晰,简单可靠,但控制精度与响应速度存在矛盾。电导增量法需要高速的A/D采样,对硬件要求较高,实现较为困难,外界条件突变时,还可能误判。为此有研究提出包括模糊控制[4-5]、自寻优控制[6]等的改进方法。采用模糊控制对上述方法改进可以一定程度上优化策略,但跟踪效果与模糊表的选择有关,模糊表制定的优劣很大程度上取决于设计者的经验。以上MPPT技术虽各有优点,但大都需要采样光伏阵列的输出电压、电流并计算功率。为简化电路结构,优化控制策略,本文提出了一种不需要功率计算的无电压检测自寻优MPPT策略,并通过MATLAB仿真验证其有效性。
2无电压检测的MPPT原理
采用boost电路的光伏系统在工作时,电路结构如图1所示。图中采用直流源Vi代替光伏电池;Il为电感电流;I0,V0分别为输出电流和输出电压;采用电阻R替代负载。
图1 boost电路结构图
当boost电路电感电流连续且Il>0,则有变换器的输出电流关系为[7]:
(1)
(2)
其中与为变换器输入输出电阻,,为boost变换器工作效率。
(3)
(4)
(5)
图2为不同光照强度下的光伏阵列功率电流特性曲线。
图2 光伏阵列功率电流特性曲线
由图2光伏阵列PI特性曲线可知,输出功率最大时,输出电流并非为最大值。但此时,,即
(6)
整理可得系统工作在最大功率模式时满足式(7):
(7)
分析式(4)可知,当为定值时,的值取决于的大小。而在boost电路中,减小,增大;增大,减小,通过调节变换器占空比就可以改变。因此采样光伏阵列的输出电流,通过调节占空比,观察电流的变化量,在满足算式(7)时,就能寻找到当前环境条件下的最大功率点(MPP),不再需要电压检测就能实现MPPT判定。
3无电压检测的MPPT策略实现
当光伏电池工作条件确定后,式(6)中随之确定并可视为常数,因此的正负决定了的正负。当其结果为正时,当前电感电流小于最大功率电流,系统工作在最大功率点左