太阳能发电技术与应用第三讲_最大功率点跟踪技术

《电力电子 》 年 期 知识讲座 太阳能发电技术与应用 第三讲 最大功率点跟踪技术 北京交通大学电气工程学院 王健强 硅太阳电池的等效电路 太阳电池一般由半导体 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 制成 , 图 是常见的硅 太阳电池在 日照情况下的等效电路 。 图中 。 称之为光 生电流 , 或短路电流 , 其值正 比于太阳电池的面积和人 射光的辐照度 , 而且它是在负载 短路时 , 太阳电池 可能输出的最大电流 为暗电流 , 是太阳电池在无光 照情况下外加电压时 , 流过内部 一 结的单向电流 。 在 无光照时 , 太阳电池的外特性类似于一个二极管 。 此特 性在 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 太阳电池的有源负载电路时应特别加以注意 , 是等效串联电阻 , 其阻值一般小于 欧姆 , 主要由接 触电阻 、 体 电阻等组成 是等效旁路电阻 , 阻值一 般为上千欧姆 , 主要 由泄漏电阻组成 。 。 是太阳电池 的开路 电压 , 是太阳电池在没有接负载 的情况下在 有光照时的端 口 输出电压 。 串联 电阻和旁路 电阻的影响 , 用下式表示太 阳电池的 伏安特性 , 。 一 。 一 式中 , 是电子电荷 , 为 , 一 ‘ 是玻尔兹 曼常数 , 为 一 是热力学温度 是常数 因子 , 正偏压大时为 , 正偏压小时为 己 是 自然对数 的底 。 当人 时 , 开路电压 。 。 为 几一几二 — 图 硅太阳电池的等效电路 太阳电池的伏安特性 在理想情况下 , 常利用 图 给出的等效电路 , 忽略 根据式 和式 , 可以做 出在一定光照强度 下的太阳电池的伏安特性 曲线 , 如图 中实线所示 。 伏 安特性 曲线上的每一点都对应一个 电压与 电流的乘积 , 它们组成了太 阳电池的电功率曲线 , 如 图 中虚线所 示 。 从图中可以看出 , 单体太阳电池存在唯一的最大输 出电压 。。 、 最大输出电流 , 。 和最大输出功率 尸 。 而且 , 以最大功率点所对应的电压 和电流 来划分 , 太阳 电池的伏安特性 曲线可近似分成两个工作 区 。 左侧太 阳电池输出电流大于 的部分基本为恒流工作区 , 右 侧太 阳电池输出电压大于 的部分基本为恒压工 作 区 。 太 阳电池的最大功率点 电压和 电流与其开路 电压 和短路 电流有着近似稳定的关系 。 通常在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 测试条 件下 , 最大功率点电压在开路电压的 一 之间 , 而 知识讲座 《电力电子 》 年 期 最大功率点电流在短路电流的 左右 。 这可以作为衡 量系统是否实现最大功率点跟踪控制的最简单的判据 。 虚线展示 的是纯组性的负载线 , 从左至右负载持续增 大 。 其中 , 负载线 通过最大功率点 , 此时负载获得最 大能量 , 可称之为负载匹配 。 从图中可以看出 , 太阳电 池的负载特性较软 , 工作点很容易随负载变化而变化 , 偏离最大功率点 。 而且负载的变化会引起输 出电压或 输出电流大范围地波动 , 对系统造成很大的冲击 。 对于 有源负载或反电势负载 , 其负载线的起点不在原点 , 而 是沿电压轴平移相应的一段 。 对于电机类负载 , 要特别 注意 电机启停的影响 。 电机启动时的大 电流有可能导 致负载线趋 向垂直于 电压轴 , 从而使端 电压不满足启 动要求而使启动失败 。 图 硅太阳电池的伏安特性曲线和电功率曲线 评价太 阳电池输出特性 的另一个重要参数是填充 因子 , 它定义为最大功率与开路电压和短路电流乘 积的 比值 , 即 一一 凡一别 一尸厂 。 在一定的光照强度下 , 越大 , 曲线越趋近于矩 形 , 输出功率越高 , 太阳电池的光 电转换效率越高 。 在实际使用 中 , 影响太 阳电池伏安特性 的主要因 素是光照强度和太 阳电池的温度 , 如 图 所示 。 光照 强度主要影响太 阳电池的短路 电流大小 , 而太 阳电池 的温度主要影响开路 电压的大小 。 以常规的单晶硅太 阳电池为例 , 环境温度每升高 ℃ , 其开路电压约下降 一 。 一般来说 , 光照强度越高 , 太阳电池 的短路 电流越大 , 输出功率越高 , 开路电压略有增加 。 太阳电池的温度越高 , 开路电压越小 , 输出功率越低 , 但短路 电流略有增加 。 光照强度对伏安特性的影响 太阳 电池的温度对伏 安特性的影响 图 影响太阳电池的伏安特性的主要因素 太阳电池的负载特性 太阳电池的负载特性如图 所示 。 图中通过原点的 图 太阳电池的负载特性 通过太 阳 电池的负载特性也可 以看 出 , 确定的光 伏系统具有确定的开路电压和短路 电流 。 这使得光伏 系统的输入过压和过流保护电路设计变得十分简单 。 最大功率点跟踪 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 太阳电池的伏安特性具有强烈的非线性 , 负载特 性较软 , 而且太 阳电池的输出功率随光照 强度和温度 等因素变化 , 负载工作点需要经常改变来适应太 阳电 池输出特性的变化 , 达到输出功率最大 , 能量利用率最 高的 目的 。 这对于成本高昂的光伏发电系统尤为重要 。 最大功率点跟踪技术 , 英文首字母缩写为 , 其实 质是一个 自动寻优的过程 。 最大功率点跟踪技术主要 包括 固定电压法 、 扰动观察法 、 电导增量法 、 间歇扫 描法和智能控制法等 。 除固定电压法外 , 最大功率点跟 踪方法的实现都必须使用数字处理器技术来完成 。 最 大功率点跟踪技术 目前仍在不断地发展与改进之 中 。 固定电压法 固定 电压法是最简单的一种功率跟踪方法 , 其理 论基础是当太阳电池的温度不是主要影响因素 时 , 不 同光照 强度对应 的最大功率点 电压变化范 围并不大 , 一 旧 《电力电子 》 年 期 知识讲座 可参照图 所示 。 太阳电池板的生产厂商在产品说 明书中都会明确列 出标准条件下的最大功率点 电压 , 可 以作为固定 电压法使用的参考 。 固定电压法把最大功率跟踪控制简化为恒压控制 , 因此具有控制简单 , 易实现 , 可靠性高 、 系统运行稳定 等优点 , 适合于低成本的应用场合或教学实验研究中 。 但是这种控制方法忽略了温度对太 阳电池开路电压 的 影响 , 因此不适合早晚或四季温差大的地区使用 。 如果 在设计过程 中考虑温度的变化 , 最糟糕的情况就是在 高温下 , 太阳电池的开路电压要大于固定电压 。 但如此 设计又使得常温 下的工作点 电压过低 , 而使系统功率 损失较多 。 因此 固定 电压法并不能实现真正意义上 的 最大功率跟踪 。 改进的算法可 以根据温度反馈来修正 工作点 电压 , 提高系统效率 。 扰动观察法 扰动观察法是最基本的最大功率跟踪控制方式之 一 。 顾名思义 , 其工作原理就是先对太阳电池的工作点 进行扰动 , 然后根据扰动后系统的功率变化决定下一 步的工作点扰动方向 , 如此不断地进行 , 使得太阳电池 的工作点始终在最大功率点附近 , 达到最大能量输出 的 目的 。 度取决于跟踪步长的大小 。 此外 , 这种控制方法也可能 在光强变化的情况下或多池板串并联时会产生最大功 率点 “ 误判 ” 的情况 , 可能使最大功率跟踪的扰动方向 在一段时期内始终朝着一个方向 , 导致系统无法正 常 工作 , 或是最大功率跟踪停留在多峰曲线的 “ 假 ” 最大 功率点上 。 改进的算法是采用变步长的方法或增加全 区域的最大功率点搜索 。 电导增量法 电导增量法是根据太阳电池功率曲线上最大功率 点处的斜率为零的原理来实现最大功率跟踪控制 。 这 种控制方法可 以判断出工作点在功率 曲线上 的位置 , 当判断出系统已经工作在最大功率点时 , 就不再对工 作点进行调节 。 电导增量法是经典的一阶差分算法 , 它 利用功率 、 电压和电流的差分值 尸 、 和 进行跟踪 计算 。 当光伏系统工作在最大功率点时 , 满足下式 竺 望些 竺 十 些 一 。 即有 丽 一万 这样 , 就可 以得到电导增量法的基本算法 , 如图 所示 。 电导增量法最大的优点是当太 阳电池上 的光照强 度不变时 , 光伏系统输出可以稳定在最大功率点 而光 照强度产生变化时 , 光伏系统输 出能平稳地追随其变 化 , 电压扰动的范围比扰动观察法要小 。 而且这种控制 方法的响应速度 比较快 , 能够适应快速 的光照强度变 化 。 但是从本质上来说 , 这种控制方法与扰动观察法类 似 , 依然具有最大功率点 “ 误判 ” 的可能性 。 图 勺 扰切观祭 云的基不异法 扰动观察法可 以利用最简单的算法实现最大功率 跟踪的 目的 , 其基本算法如图 所示 。 基本运算仅涉及 加法和乘法 , 易于单片机等快速简单地实现 。 扰动观察 法不用考虑温度或光照强度的变化 , 独立于系统使用 环境 , 因此适应性较强 。 但是频繁的功率扰动使得系统 多数时间只 能工作在最大功率点附近 , 即使系统偶尔 恰好工作在最大功率点 , 算法也会强制系统离开 , 所以 扰动观察法的最大功率跟踪效率并不是很高 。 而且采 用这种控制策略的光伏系统的最大跟踪效率和跟踪速 图 电导增量法的基本算法 间歇扫描法 知识讲座 老电力电子 》 年 期 间歇扫描法可 以有效解决前两种最大功率跟踪方 法可能产生的 “ 误判 ” 问题 , 该控制方法的依据是太阳 电池在 串并联后真正 的最大功率点距单板最大功率点 偏移范围并不大的事实 。 该方法也可 以认为是 电导增 量法的一种技术改进 。 该控制方法 的定时扫描一段太 阳电池阵列 电压 , 一般为 一 倍的开路电压 , 同时记录下不同电压下 对应的阵列输出功率值 , 并从 中找 出真正 的最大功率 点 。 系统找到后最大功率点后将稳定工作在最大功率 点 , 除非系统状态发生明显改变 , 不需要实时搜索 。 这种控制方法的最大缺点是 由于系统周期性地扫 描各工作点的功率 , 会引起太 阳电池工作 电压 的周期 性大幅度变动 , 在扫描期间损失了一些发电功率 。 这个 缺点可 以通过变扫描范围或加长扫描间隔等方法加 以 弥补 。 智能控制法 智能控制法是基于现代控制理论的最大功率点跟 踪方法 , 包括模糊控制技术 、 神经网络控制技术 、 自适 应控制技术等 , 适用于复杂的控制系统类型 。 其中 , 利 用模糊控制方法寻找最大功率点的研究相对较多 。 因 为在光伏系统最大功率点跟踪的过程 中 , 光照强度变 化和温度变化存在固有的不确定性 , 应用模糊控制规 则应对这种不确定性 , 有望获得理想的控制效果 。 最大功率点跟踪拓扑 从理论上讲 , 任何能够进行负载变换的 一 拓扑 或 一 拓扑都可能完成最大功率点跟踪的功能 。 需 要注意的就是 负载变换 的范围与太 阳 电池输 出电压 、 电流的匹配 。 究 北京交通大学博士学位论文 【 卢琳 、 受国华 、 张仕文 基于 尸 丁 的智能太阳能充电系统研 究 电力电子技术 【 〕崔岩 蔡炳煌等 太阳能光伏系统 控制算法的对比研究 太阳 能学报 【引 罗防 、 徐鹏威等一种光伏系统变步长 户丁策略研究 通信电源 技术 〔。〕叶满园 官二勇 宋平岗 以电导增量法实现 朋 的单级光伏并网 逆变器 电力电子技术 一 【 」刘永军 , 万【 〕频等 自适应模糊算法在光伏系统 丁中的应 用 太阳能学报 【 陈建勇 、 廖晓钟 单神经元在 最大功率跟踪控制中的应用 微计算机信息 , , , , , 一 、 , 一 , , 一 , , 参考文献 【们 赵争鸣等 太阳能光伏发电及其应用 高效电能变换应用丛书 北 京 科学出版社 〔幻 任碧莹 、 钟彦儒 、 孙 向东 、 同向前 基于模糊控制的最大功率 点跟踪方法研究 电力电子技术 一 【 徐鹏威 、 刘飞 、 刘邦银 、 段善旭 几种光伏系统 丁 方法的 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 比较及改进 电力电子技术 【 王飞 、 余世杰等 具有 户 功能的光伏充电系统的研究 太阳能 学报 增刊 飞 〔 陈维 、 沈辉 带蓄电池的光伏系统中 充电效果理论分析 太阳能学报 〔 杨海柱 小功率光伏并网发电系统最大功率跟踪与孤岛问题的研 , 若一 , , 。 。 , 一 丫 , 丫 ,