采用电流寻优的MPPT光伏阵列并网逆变器的研究

第 22卷 第 3期 2001年 7月 太 阳 能 学 报 ACTA ENERGIAE SOL~dIIS SINIC~ Vo1．22．No．3 July．2001 采用电流寻优的 M ppt 关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt 光伏阵列 并网逆变器的研究 张 兴 ，张崇巍 ，孙本新 (1台肥工业大学能锔【研究所，台肥 230oo9；2新疆能源研究所，新疆 830011) 摘 要：针对光伏阵列模型之特点，提出了一种具有最大功率点跟踪(MHrf)的新型光伏阵列正弦波并网逆变器控 制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。该方案一改并网逆变器常规的双环(电压外环、电流内环)控制模式，而采用由MPFr控制器输出直接进行 电流控制的新模式，使控制结构更加简单，动态性能更加优越。基于 80C196MC控制的电流预估控制策略，实现了 网侧电流正弦化，且为单位功率因数。 关键词：光伏阵列；MPPr；并网逆变器 中圈分类号：TM615 文献标识码：A O 引 言 太阳能的大规模应用将是 2l世纪人类社会发 展进步的一个重要标志。然而要实现这一目标，首 先必须完成太阳能由补充能源向替代能源过渡，即 使太阳能利用由边远无电地区向有电地区的常规供 电方向发展。这就要求开发性能优越的光伏并网发 电系统。这类光伏并网发电系统将主要用于调峰电 站以及屋顶光伏系统。目前美、日、德等发达国家已 推出相应的屋顶光伏计划，仅美国预计十年内安装 容量约3000MW。作为屋顶光伏系统的核心，并网 逆变器的开发研究越来越受学术届的关注。 80年代末日本学者 S．Nonaka等率先研制成功 一 种电流源型光伏阵列并网逆变器，这种并网逆变 器较好地适应了光伏 电池类似电流源的特性，取得 了较好的性能，但由于采用了电流源逆变主电路，使 主电路不够简练，控制也较为复杂，因而没得到很好 的发展。进人90年代，随着电力电子及其控制技术 的发展，电压型 PWM斩控变流技术越趋成熟，由于 其优越的双向功率变流功能，这类逆变器可直接用 于光伏阵列的并网发电。然而电压型 PWM斩控变 流器主要采用双环(电压外环、电流内环)控制模式， 较适合于“电压源”的并网馈电。当用于类似“电流 源 的光伏阵列的并网馈电时，将使控制结构复杂 收稿日期：2000-~6-26 化，并使动态响应变慢。因而有必要研究一种新的 控制模式，使电压型 PWM斩控变流器更加适合于 “电流源”的并网馈电。 1 电压型 P删 斩控变流器控制原理 及数学模型 1．1 控制原理 电压型 PWM斩控变流器其主电路采用电压型 逆变器结构，控制回路采用电压外环、电流内环的双 环控制模式，如图 1所示。 当 U < 时，误差信号经电压调节器调节后 形成电流幅值指令 ，另一路由电网电压同步的单 位正弦信号 与 相乘得正弦电流指令 ， 和网侧电流反馈信号 比较后形成误差电流信号 ，经电流调节器调节后，进人 PWM模式发生器，从 而输出控制信号以驱动开关动作。由于 U < ， 因而 >0，i 与 同相位，这表示变流器吸收功 率， 将增加。如果在系统稳态时，突然降低 “ ， 则 Uf>u ，经电压调节器调节后 <0，这时其电 流调节过程同上，只是 与 u 反相，这表明变流器 向电网回馈电能，从而使 下降。(以上讨论认为 、 两者初始偏差足够大，以使 变符号) 上面讨论表明电压型 PWM斩控变流器能实现 维普资讯 http://www.cqvip.com 3期 张 兴等：采用电流寻优的Mf 、光伏阵列并网逆变器的研究 307 能量双向流动，并可以实现单位功率因数控制。 I．2 数学模型的建立 在图 1中，定义：S ：1，T 通而 一断；S ：0， + 断而 一合。同理也可定义5 ，S 。 对a相： L +R =u 一( + ) 式中 ．为回路等效电阻。 图 l 电压型 P硎 斩控变流器控制原理图 F ．1日∞H diagram of cho耐ng comml PVCM vdmge-sotueereofifier 当S ：1时，V =E ，E 为直流侧电压；而 S ：0 时，V =0，于是式(1)变为： ￡鲁：u 一 ． 一( Dc5 +V,o) (2) 同理，可得到 b、c两相方程式如下： ￡害 =ub—Ri 一(EDc5 +ym) (3) ￡警=Ⅱ 一Ri ( 5 +ym) (4) 对于输入三相无中线，即 i + + =0 故： ym =(M +ub+u 一s EDc—SbEDc— S EDC)／3 (5) 当三相电源电压平衡时，式(5)为： m=一(S +Sb+S。)EDCf3 (6) 直流电压方程式为： c dE Dc ： S +5b b+5 一，L (7) 从上述方程式可以看出，控制变流器的开关状 态，就可以使输入电流按给定的规律变化，显然这种 变流器可实现网侧电流正弦化及为单位功率因数。 为了得到控制模型，我们忽略 PWM高次谐波， 将开关 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 (S ，5 ，5。)看成是角频率为 、相角为 (桥臂相电压与电源相电压的相角)、幅值等于调 制比m的正弦波，郎只考虑开关函数的基波分量 5 ，5 ，5k则有： f S ／；q,O0~(州 一0) {S．b；mc0s( 一 一2 ，3) (8) tsl mc∞(州一0+2zr／3) ri ；f cos( + ) 令： {ib；Lc0s( 一2zrt3+ ) (9) Ii ；， o∞(“+2 ，3+ ) 式中 ——网侧相电压与相电流之间相角，， —— 基波电流最大值。 又因为 ，d=5 +Sb +S。E (1O) 当考虑开关函数的基波分量时，将(8)、(9)代人(10) 化得： 厶一312tallow( +0) (11) 综上 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 我们容易建立电压型 斩控变流 器的控制模型，如图2所示。其中三相桥可等效成 一 个高增益的小惯性环节，电网电压和负载电流均 看作是外部扰动。 图2 m 1斩控变流器控制摸型 Fig 2 Corarol model of chopping eonlrolP州 re础 PJ 维普资讯 http://www.cqvip.com 308 太 阳 能 学 报 丝 卷 2 光伏阵列及最大功率点跟踪 (MPPT) u ，v u 图3 光伏阵列伏安特性 ．3 V-I~ rislie 0f photovol~ie away △U{△』) 图4 M1个T寻优过程 № -4 O oo 0f 光伏阵列是有多个太阳电池组合而成，硅太阳 电池阵列具有图3所示的伏安特性。可是光伏阵列 具有类似于“电流源”特性。在不同的日射强度下， 它与负载特性 L的交点，如a、b、c、d、e等为当前的 工作点。然而这些工作点并不正好落在阵列可能提 供的最大功率点上，如 a 、b 、c 、d 、e 上，这就不能 充分利用在当前日射下阵列所能提供的最大功率。 如果我们采用控制的方法，使光伏阵列一直工作在 最大功率点上，这时光伏阵列能量利用率将最大。 研究表明影响最大功率点的主要因素除 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 工艺 外，还有环境温度，以常规单晶硅太阳电池为例，当 环境温度每升高 1 时，其开路电压下降率约为 0．35％ ～0．45％ 。 由于光伏阵列的最大功率点是一个变量，因而 可以采用白寻优算法进行最大功率点跟踪(MP )。 这种算法对阵列当前输出电压与电流的检测，得到 当前阵列输出功率，再与已被存储的前一时刻阵列 功率相比较，舍小存大，不断检测、比较、寻优，最终 便可使光伏阵列工作在最大功率点上。实际上既可 按电压增量寻优，也可按电流增量寻优，如图 4所 示。 3 两种控制方案的比较 3．1 采用电压增量寻优的 MPPT控制方案 这种方案由于 MPPT控制器输出以电压形式给 出，因而PWM斩控变流器则采用常规的电压外环、 电流内环的双环控制方案，其控制系统结构图如5 所示。显然这种方案以电流内环的快速调节来满足 电压外环的控制要求，而电压外环也必须快速调节 以跟随MPPT输出之变化。若以典型环节来综合这 一 双环系统时，考虑到系统动、静态的平衡则电压外 环必须与电流内环的频带拉开，这样电压外环就必 须以抗扰性能为主而降低跟随性能，可见要真正做 到动态MPPT控制，就必须提高电压环的快速性，这 就与控制系统的稳定性要求发生矛盾。因而如果能 省去电压环，而直接以电流环控制来满足 Ⅷ r控 制之要求，便很好地解决了上述矛盾。 图5 电压增量 Ml r控制 Fig．5M coI血ol 0f voltageinemment 维普资讯 http://www.cqvip.com 3期 张 兴等：采用电流寻优的MPPT光伏阵列并网逆变器的研究 309 3．2 采用电流增量寻优的MPPT控制方案 这种方案由于MPPr控制器输出以电流形式给 出．因而 PWM斩控变流器则只以电流环进行跟随 控制，其控制系统结构如图6所示。由于省去了电 压环，同第一种方案相比，已不存在双环系统所固有 的动、静态矛盾，因而相同稳定程度条件，后者将具 有更快的动态响应，从而符合MPPr动态控制之要 求。 图6 电流增量MPPY控制 Fig 6 M1wr oDntrol of cuⅡⅢ incremem 4 电流预估控制策略 由于80C196MC单片机具有专门的 PWM波形 发生器(WG)，因而可由软件来完成对电流的采样、 跟踪，从而大大简化其硬件。然而这种基于软件的 电流采样、跟踪控制必然会带来控制滞后，这相当于 在电流环中添加了一纯滞后环节。当电流调节器采 用比例调节器时，电流环控制结构如图7a所示。显 然这将给系统的动态响应带来不良影响。改进的方 法是加入超前环节。图7b称为微分补偿，其传递函 数为 G ： 等带 图7c称为微分先行补偿，其系统传递函数为 Gn(5)= 轰 ) 很明显(12)、(13)两式具有相同的特征方程，但(13) 比(12)式少一个零点，故微分先行方案在补偿系统 滞后的同时，又抑制了系统超调量，因而具有更好的 控制性能。而微分先行控制实质上是引入反馈量的 一 阶线性预估。实际控制时，只需在WG中断服务 中对电流进行两次采样(，．， )，当采用一阶线性外 推时，实际电流预估值为： ，P=口(，2一，1)+，l (14) 5 实验结果 按上述研究，我们设计了一台 5O0W(24VDC／ 220VAC)并网逆变器样机，样机采用电流增量寻优 的MPPT控制方案．且对电流采样值进行了一阶预 估。这一系统在简化硬件的条件下，很好地实现了 a．无补偿电流环 b．微分补偿电流环 c．微分先行电流环 图7 电流环控制方框图 vis．7 Block ag∞m 0f cxln~nt loop control 正弦波电流跟踪控制。如图 8所示 ，其中上部为交 流电压波形，下部为网侧电流波形。图中电流、电压 相位正好反相，表明逆变器向电网回馈电能，且为单 位功率因数。 图 8 实验电压t电流波形 ng．8 ∞ voltage／current wavefOtal~ 维普资讯 http://www.cqvip.com 3l0 太 阳 能 学 报 趋卷 [参考文献] [1] 余世杰等．光伏水泵系统的最大功率点跟踪器[J]太 阳能学报，1991，12(3)：225． 12] Wenie KinckE，et a1．A hi frequencyAC／DC oonverterwith unity[~owel-factor and mirdmum harmonic distortioniJ]IEEE Tram．0I】pow．Electr，1991．6(3)：364--370 3] Kaum V，Blasco V．O~m-afion of db如 Ⅱ槐 c~verter at ：4] [5] increased utility voltage[J]．mEE Tl瑚 Power Elec n． 1997，12(I)：l32__1 ． Choi JoI1罾_W∞ ．Sul S~ung-Ki．m舯rmrt link bidirectional oonverter without ytic ealmcitor[J]．mEE PESC．1993，30O— 306 廖晓钟．电力电子技术与电气传动[M：．北京：北京理 工大学出l版社，200O．199—283． REs】EARCH 0N CURRENT PARAI II IEL FEED Ⅱ E]RJIER FoR PH0T0V0I，TAIC ARRAY BASED oN CURRENT 0 I] AL Ⅱ T C0NTRoL Zhang Xing。 ， Zhang Chongwei。 ， Sun Benxin~ (1 EnecgyResearchlnstmae，鳓 毋 Tte3moto~ ，飓 230009，Ch／na 2 X／nfiangEnergyResearch1．aatae，X／nfiang 830011，aE ) Abstract：A nEa~-type of MPPT(Maxamum Power Point Tracing)control method for sinusoldal eotment parallel feed inverr． 目 i presentedin eormectionwith the characteristic ofphotovolmic arraymode1．The proposedmethodis based on a new type of current control pattern with M阡rr controller instead of on ordinary double closed lcop(current loop．voltage loop) control patem ．By 80C196MC and current predicted tracki ，the appropriate inverter takes its i“puI eUl'l~nt in an ap ． proximately sinusoidal wavefonn and its power factor to 1，wifich simplify the control system and improve dy．a~ e charac． tefistic． Keywords：photovoltaic array cell；MPPT；paralld feed inve~er． 维普资讯 http://www.cqvip.com