一種單級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的MPPT算法的分析(下)

4、改進(jìn)型P&O法 　　該改進(jìn)型P&O算法主體也是擾動觀察法，先緩啟動使得太陽能電池端電壓在79%的開路電壓附近，在后面的跟蹤過程中根據(jù)太陽能電池端電壓變化率進(jìn)行變步長，該算法的實(shí)現(xiàn)軟件流程及仿真結(jié)果如圖6所示。 圖6 改進(jìn)型P&O的仿真 　　5、FPO-MPPT控制算法的軟件仿真 圖7 FPO-MPPT算法仿真電路圖 　　為了驗(yàn)證FPO算法的有效性，本文基于PSIM仿真軟件平臺搭建仿真電路，仿真電路圖如圖7所示。仿真參數(shù)設(shè)置如下：光伏陣列開路電壓Vo=600V，短路電流Is=16A，參考太陽輻射Rref=1000W/m2，參考溫度Tref=25攝氏度，最大功率點(diǎn)電壓Vmax=460V，最大功率點(diǎn)對應(yīng)電流Imax=13.6A，實(shí)際溫度Tin=25攝氏度，0~5s間實(shí)際太陽輻射Rin=1000W/m2，通過控制圖中MUX模塊的輸入選擇端來選擇當(dāng)前實(shí)際太陽輻射量，分別在5s和10s時(shí)刻改變選擇端口信號值來進(jìn)行日照階躍響應(yīng)測試，由圖中的DLL模塊來完成整個(gè)FPO算法的實(shí)現(xiàn)。 　　FPO-MPPT算法的仿真結(jié)果如下圖8所示，圖8為整個(gè)仿真過程的光伏陣列輸出功率、端電壓及輸出電流的響應(yīng)特性曲線圖，圖中的功率值為實(shí)際功率值，PV電壓為實(shí)際值的10倍，PV電流值為實(shí)際值的150倍。為了方便說明，將整個(gè)仿真工作過程分為9段，編號如圖中I、II、…IX。 　　I階段，系統(tǒng)檢測光伏陣列的開路電壓，并緩啟動并網(wǎng)電流，知道PV電壓為79%的PV開路電壓；II階段，系統(tǒng)控制光伏陣列端電壓穩(wěn)定，同時(shí)進(jìn)行擾動尋優(yōu)，找到最大功率點(diǎn)；III階段，系統(tǒng)穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn)；IV階段，太陽輻射量階躍下跌，導(dǎo)致PV電壓瞬時(shí)急劇減小，在模糊PI控制器的控制下，系統(tǒng)降低并網(wǎng)功率是的PV電壓恢復(fù)到日照變化前電壓值；V階段，系統(tǒng)繼續(xù)尋優(yōu)最大功率點(diǎn)；VI階段，系統(tǒng)穩(wěn)定工作在新的最大功率點(diǎn)；VII階段，太陽輻射量階躍增大，導(dǎo)致PV電壓瞬時(shí)急劇上升，在模糊PI控制器的作用下，系統(tǒng)增大并網(wǎng)功率使得PV電壓下降到日照變化前水平；VIII階段，系統(tǒng)繼續(xù)尋優(yōu)最大工作點(diǎn)；IX階段，系統(tǒng)穩(wěn)定工作在新的最大功率點(diǎn)；圖8（b）和圖8（c）分別為在日照階躍發(fā)生變化時(shí)刻5s和10s附近PV電壓的響應(yīng)特性曲線和輸出并網(wǎng)電流的響應(yīng)特性曲線圖。 　　圖中PV電壓值為實(shí)際的電壓值，輸出電流值為實(shí)際值的10倍。由8的三張仿真結(jié)果圖可以看出，相比圖6中的仿真波形，在FPO-MPPT算法的控制下，系統(tǒng)能快速穩(wěn)定地跟蹤最大功率點(diǎn)并能有效的克服母線電壓崩潰現(xiàn)象。同時(shí)，在響應(yīng)功率階躍突變時(shí)，能緩慢地控制輸出電流做相應(yīng)的變化，不致因輸出電流突變太厲害導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。 圖8 FPO-MPPT算法仿真波形圖 　　6、FPO-MPPT控制算法的實(shí)驗(yàn)測試 　　為了驗(yàn)證該算法是否能在實(shí)際工況下保證系統(tǒng)穩(wěn)定地工作及尋優(yōu)到最大功率點(diǎn)，本文在基于TMS320F2808搭建的樣機(jī)平臺上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對于穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，采取在不同天氣情況下讓機(jī)器不間斷運(yùn)行，并定時(shí)記錄其運(yùn)行數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本文記錄一個(gè)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為15分鐘，從上午8:30記錄到下午17:00.=。太陽能電池放于屋頂，能充分接受日照，由于太陽能電池的結(jié)溫不好測量，因此本文采用測量日照下太陽能電池旁邊的環(huán)境溫度來作為結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)，雖然測出來數(shù)據(jù)與實(shí)際結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)有所不同，但總體上能反應(yīng)出結(jié)溫的變化（結(jié)溫等于環(huán)境溫度與太陽能電池引起的溫升之和）。實(shí)驗(yàn)波形圖如圖9所示。 圖9 不同天氣下樣機(jī)日運(yùn)行曲線 　　對于圖9（a），測試天氣為晴，午后多云，在上午11點(diǎn)之前，從總體趨勢來看，環(huán)境溫度慢慢增高，日照強(qiáng)度漸漸增強(qiáng)，系統(tǒng)并網(wǎng)功率也逐漸加大，太陽能電池板端電壓在小范圍內(nèi)波動，不斷跟蹤最大功率點(diǎn)；11點(diǎn)到13點(diǎn)45分這一段，是該天日照最強(qiáng)的時(shí)間段，此時(shí)太陽能電池板能發(fā)出很大的功率，但由于系統(tǒng)對輸出并網(wǎng)功率的限制，這一時(shí)間段內(nèi)，并網(wǎng)功率不隨光照而變，始終保持為額定功率，因此，此時(shí)的太陽能電池板端電壓比較高，并且隨日照的強(qiáng)弱而高低變化。 　　到下午12點(diǎn)之后，天氣轉(zhuǎn)為多云，功率隨日照強(qiáng)度的變化而變化，極板端電壓也開始波動去跟蹤最大功率點(diǎn)，到17點(diǎn)，日照強(qiáng)度抬入，系統(tǒng)幾乎供不出電。對于圖9（b），測試時(shí)的天氣為陰，全天溫度比較恒定，并網(wǎng)功率的峰值差不多為一半的額定功率，并隨日照而變化。 　　為了驗(yàn)證該算法是否能保證系統(tǒng)在光照階躍或某些極板故障情況下能繼續(xù)穩(wěn)定工作而不發(fā)生母線電壓崩潰現(xiàn)象，采取對四組太陽能電池板接四組空開，控制空開的突然切斷與閉合來模擬輸入功率的階躍變化。實(shí)驗(yàn)波形如圖10所示。 圖10 輸入功率階躍變化測試曲線 　　將圖10的實(shí)驗(yàn)波形與圖8相比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是比較符合仿真結(jié)果，系統(tǒng)在輸入功率階躍變化的情況下均能穩(wěn)定工作，有效避免了母線電壓"崩潰"現(xiàn)象。