基于變步長(zhǎng)滯環(huán)比較法的MPPT算法研究,分析一下

【專家解說(shuō)】：太陽(yáng)能光伏發(fā)電是21世紀(jì)的能源技術(shù)最熱門的領(lǐng)域之一，是解決人類能源危機(jī)，引起廣泛關(guān)注的重要手段之一。本文介紹的過(guò)程中，太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)控制逆變器，最大功率跟蹤的原則，太陽(yáng)能控制器，太陽(yáng)能光伏逆變器的原理和主要的控制模式。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是21世紀(jì)的能源技術(shù)最熱門的領(lǐng)域之一，是解決人類能源危機(jī)，引起廣泛關(guān)注的重要手段之一。本文介紹的過(guò)程中，太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)控制逆變器，最大功率跟蹤的原則，太陽(yáng)能控制器，太陽(yáng)能光伏逆變器的原理和主要的控制模式。 1導(dǎo)言：我們 隨著工業(yè)文明的不斷發(fā)展，對(duì)能源的需求越來(lái)越多。傳統(tǒng)的化石能源一直無(wú)法滿足要求，為了避免面對(duì)能源枯竭的困境，尋找優(yōu)質(zhì)的替代能源已成為關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題?？稍偕茉?，例如水能，風(fēng)能，太陽(yáng)能，潮汐能，生物質(zhì)能源的形式不斷映入人們的目光。水電作為可再生能源發(fā)電的最早應(yīng)用已被廣泛使用，但也有人提出了關(guān)于環(huán)境問(wèn)題，安全問(wèn)題，此外，水電開發(fā)程度較高的問(wèn)題，并繼續(xù)發(fā)展有一定的難度。使用風(fēng)力發(fā)電在最近幾年，也是一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，但風(fēng)力發(fā)電有一定穩(wěn)定性，噪音，大規(guī)模的并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響，以及如何有效控制的開發(fā)和利用的風(fēng)能仍是重點(diǎn)學(xué)術(shù)界的關(guān)注。在其余的可再生能源中，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)是最有價(jià)值的利用能源的形式之一。太陽(yáng)能是豐富的，每一秒太陽(yáng)到地球的能量相當(dāng)于210億萬(wàn)桶石油，相當(dāng)于每天在世界上的能源消耗，運(yùn)輸。中國(guó)的太陽(yáng)能資源也非常豐富，除了云貴高原的部分地區(qū)，大多數(shù)中國(guó)人都是地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)，太陽(yáng)能的利用是小于1/1000。因此，我們?cè)诖罅Πl(fā)展太陽(yáng)能的巨大潛力。 太陽(yáng)能利用分為“光與熱”和“光伏”兩光熱熱水器被廣泛應(yīng)用于中國(guó)。光伏發(fā)電是將光能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電的形式源于100多年前，“光生伏打擊現(xiàn)象”。利用太陽(yáng)能光伏技術(shù)。光伏發(fā)電技術(shù)，根據(jù)負(fù)載的離網(wǎng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電技術(shù)早期是受成本因素的太陽(yáng)能電池組件，滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)的離網(wǎng)型小功率電氣問(wèn)題無(wú)網(wǎng)格居民。隨著成本下降，光伏組件，光伏發(fā)電成本的不斷下降，預(yù)計(jì)2013年的安裝成本可以降低到$ 1.5 /峰瓦的電力成本6分錢/（千瓦小時(shí)），光伏并網(wǎng)發(fā)電已成為可能。并逐漸成為主流的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。 本文介紹的系統(tǒng)組件和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分的工作原理。 2電網(wǎng)連接的光伏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖1示出的連接到電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由兩個(gè)主要部分組成：首先，太陽(yáng)能電池組件。傳送到太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換成DC地球上的能源，二是太陽(yáng)能控制逆變器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并負(fù)責(zé)電池板的輸出直流電力轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)可以接受的能量交換。據(jù)形式的單相或三相的太陽(yáng)能逆變器的功率輸出;帶隔離變壓器，隔離變壓器也可以不配。 太陽(yáng)能控制逆變器和電網(wǎng)設(shè)備，包括控制器，逆變器及監(jiān)控保護(hù)裝置組成。主控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能電池板的最大功率跟蹤逆變器的直流輸出的控制器主要負(fù)責(zé)的是能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻交流電能輸送電網(wǎng)監(jiān)控保護(hù)單位主要負(fù)責(zé)生成系統(tǒng)的安全性如孤島效應(yīng)保護(hù)，并及時(shí)與上位機(jī)的通信來(lái)傳遞能量，傳遞信息的相關(guān)問(wèn)題。 3太陽(yáng)能控制器，其原理 3.1太陽(yáng)能電池組件模型 圖2中的硅太陽(yáng)能電池板的光電理想的電路模型。其特征在于，IPH IPH是光電流值和面積？的光生伏打電池中，輻射的入射光和環(huán)境溫度有關(guān)。 ID是暗電流。沒有太陽(yáng)光的情況下，外部特性的硅太陽(yáng)能電池板的普通二極管相似。暗電流是在PN結(jié)光伏電池中的情況下的光的條件下，流過(guò)單向電流的外電壓的作用。 v是開路電壓，RS是串聯(lián)電阻通常是小于1歐姆，RSH旁路電阻為幾十千歐。 光伏電池的理想模型可以表示為： 其中，v是熱電功率的電池板。 圖3表示在特定的光條件下的太陽(yáng)能電池板的電壓特性。陰影部分是在相應(yīng)的條件下，可以是電池板的最大輸出功率。在高輸出電壓區(qū)域的太陽(yáng)能電池板，具有低的內(nèi)部電阻可被視為一系列的不同級(jí)別的電壓源，在低輸出電壓區(qū)域的高電阻特性，電源供應(yīng)器，一個(gè)電流源可以被視為不同的水平。電壓源和電流源的交界處是在相應(yīng)的條件下，電池板的最大輸出功率。的電池板溫度保持不變，將更改的最大功率值的光強(qiáng)度的變化的最大功率跟蹤要求在電池板的輸出功率自動(dòng)跟蹤大大條件。 3.2太陽(yáng)能控制器電路拓?fù)涞?圖太陽(yáng)能控制器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，和一個(gè)升壓斬波器的原理，調(diào)整占空比的開關(guān)裝置S調(diào)整電池板的等效負(fù)載阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)電池板的最大功率點(diǎn)跟蹤功能。 3.3最大功率跟蹤方法 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，兩種技術(shù)：一種是CVT技術(shù)，近似模擬的最大功率跟蹤控制端口電壓的電池組件，這種方法很簡(jiǎn)單，在的原則，但跟蹤精度是不夠的，二是的MTTP技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏陣列的輸出功率，通過(guò)調(diào)整阻抗的方式，以滿足最大功率點(diǎn)跟蹤。目前，太陽(yáng)能逆變器制造商MPPT技術(shù)的廣泛采用。目前，常用MTTP的方法有兩種。 （甲）擾動(dòng)觀察法（PO）：， 擾動(dòng)觀測(cè)法每隔一定的時(shí)間，以增加或減少的電壓的變化方向，由觀察的功率，來(lái)決定所述控制信號(hào)中的下一步驟。如果輸出功率增加，則繼續(xù)按照與前面的步驟中，電壓的變化方向來(lái)改變電壓，如果所檢測(cè)出的輸出功率減小時(shí)，不斷變化的電壓的變化的實(shí)際工作點(diǎn)的方向上，使光伏陣列可以逐漸接近目前的最大功率點(diǎn)。如果DC / DC轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)施加的擾動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)光伏陣列的輸出電壓或電流，從而達(dá)到目的，最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT控制，在具體實(shí)施應(yīng)的占空比。如果使用較大的步長(zhǎng)“干擾”，此跟蹤算法的占空比可以得到快速跟蹤光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)，但在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)附近處的振蕩振幅的最大功率點(diǎn)，導(dǎo)致在某些損失電源，使用一個(gè)小的步長(zhǎng)是正好相反。 （B），電導(dǎo)增量法（INC）： 光伏電池的最大功率點(diǎn)Pm在DP / DU = 0，不為0時(shí)結(jié)束DP /Dü。 為了使輸出功率，（4）必須滿足的數(shù)組，電導(dǎo)變化率等于負(fù)電導(dǎo)值。首先，假設(shè)光伏陣列的在一個(gè)給定的工作點(diǎn)的工作，然后采樣光伏陣列的電壓和電流來(lái)計(jì)算ΔV= V（n）的 - v時(shí)（n-1個(gè)）和Δi= I（N） - （n-1個(gè)），其特征在于：（n）的表示當(dāng)前的采樣值，第（n-1）的先前采樣值;如果ΔV= 0，那么在使用ΔI的符號(hào)來(lái)確定的最大功率點(diǎn)的位置;如果和Δv≠0，根據(jù)Δi的/ΔV+的符號(hào)的I / V判斷。 這種跟蹤的最大優(yōu)勢(shì)的光伏電池，光強(qiáng)的變化，輸出電壓可以以平穩(wěn)的方式的變化，電壓波動(dòng)比擾動(dòng)觀察法。其缺點(diǎn)是，它的算法是更復(fù)雜的，對(duì)硬件的要求，特別是在檢測(cè)元件的精度要求是比較高的，因此，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件成本會(huì)比較高。 太陽(yáng)能逆變器電路拓?fù)淙鐖D5所示,5-a）是一個(gè)單相電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器電路拓?fù)洌?-B）三相并網(wǎng)逆變器太陽(yáng)能逆變器的工作原理電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制點(diǎn)是電壓型逆變電路。從所述控制模式下，電流控制電路。 4.1電路的工作原理 圖6單相光伏并網(wǎng)逆變器的電路分析。 根據(jù)在AC側(cè)的SS控制的正弦波和載波比較AB SPWM波4 u包含一個(gè)基本組成部分和L中的高次諧波的高次諧波的濾波效果可以忽略不計(jì)，當(dāng) AB AB蘇氏與電網(wǎng)頻率一致，我也是一致的，電網(wǎng)的正弦波。在一定條件下的電源電壓， AB Si的振幅和相位的基波的振幅和相位的只有u決定，所以，可以實(shí)現(xiàn)電路的整流器，逆變器 AB和無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)?。圖7示出的向量圖的電路的操作，其特征在于，所述7-α）是一個(gè)整流器運(yùn)行，7-b）中的逆變器操作,7-C）的無(wú)功功率補(bǔ)償運(yùn)行,7-d）的是I導(dǎo)致角φ運(yùn)行。單相光伏逆變器 7-B）狀態(tài)。 4.2電路的控制方法 光伏逆變器的功率因數(shù)，有較高的要求，以便準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)逆變器的輸出電流控制，通常是電流控制模式，有兩種：一種是間接電流控制，也稱為相位振幅控制，控制輸出電流的矢量關(guān)系，如在圖7中所示，控制原理很簡(jiǎn)單，但精度較差，一般不使用;二是直接的電流控制，給定的電流指令直接輸出電流反饋收集，這種控制方式，控制精度高，準(zhǔn)確率，系統(tǒng)的魯棒性，被廣泛應(yīng)用于。 5個(gè)顯示器保護(hù)單位介紹 監(jiān)控保護(hù)裝置的主要作用有： 保障安全的發(fā)電設(shè)備和電網(wǎng)的安全; 代表準(zhǔn)確判斷孤島效應(yīng)是監(jiān)測(cè)和保護(hù)中的重要作用的單位; 區(qū)，智能電源管理，系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)報(bào)告光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵要考慮的因素。 5.1網(wǎng)狀保護(hù)裝置 電網(wǎng)保護(hù)裝置，以實(shí)現(xiàn)以下保護(hù)功能：低電壓保護(hù)，過(guò)電壓保護(hù)，低頻率保護(hù)，保護(hù)國(guó)家頻率，過(guò)電流保護(hù)，孤島保護(hù)策略的內(nèi)容。通常需要建立大型光伏電站的冗余保護(hù)裝置，以確保及時(shí)處理系統(tǒng)故障。 5.2孤島檢測(cè)技術(shù) 孤島效應(yīng)是指并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)發(fā)電的電網(wǎng)設(shè)備仍然繼續(xù)提供該州損失的壓力電網(wǎng)線。當(dāng)一個(gè)地區(qū)的島嶼國(guó)家的光伏發(fā)電并網(wǎng)的電網(wǎng)將不再控制電壓和頻率的電力孤島。孤島效應(yīng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)連接到電網(wǎng)的重型制造業(yè)的困難，同時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致電器元件以及人身安全危害島效應(yīng)，必須避免。孤島的檢測(cè)方法中，有兩個(gè)主要的，是被動(dòng)的檢測(cè)和活性的檢測(cè)方法。 （A）被動(dòng)式孤島檢測(cè)： 孤島的發(fā)生和電網(wǎng)的分離載荷特性和電網(wǎng)的有功和無(wú)功功率之間的交流有很大的關(guān)系。有功波動(dòng)導(dǎo)致端口電壓的光伏發(fā)電系統(tǒng)的變化，電網(wǎng)脫離的反應(yīng)性的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致在光伏系統(tǒng)的輸出的頻率的變化。顯而易見的脫離的網(wǎng)格，如果通過(guò)該端口的電壓或輸出頻率的監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的活性或反應(yīng)性的波動(dòng)可以檢測(cè)島嶼的發(fā)生，這是無(wú)源孤島檢測(cè)方法的原理。然而，電網(wǎng)脫離，，如果有功功率和無(wú)功功率波動(dòng)是小的，被動(dòng)的檢測(cè)方法存在檢測(cè)盲區(qū)。 （B）主動(dòng)式孤島檢測(cè)： 主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法，用更積極的頻移法（AFD），其基本原理是網(wǎng)格系統(tǒng)的輸出頻率干擾的情況下，電網(wǎng)的頻率擾動(dòng)可以是，但是，大電網(wǎng)校正背面孤島發(fā)生干擾的頻率可以使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，檢測(cè)到發(fā)生孤島。這種方法也存在檢測(cè)盲區(qū)“，和相對(duì)高的無(wú)載品質(zhì)因數(shù)，如果電壓的振幅或頻率的變化范圍是小于一定值時(shí)，系統(tǒng)不能檢測(cè)孤島的狀態(tài)，此外，將導(dǎo)致的頻率擾動(dòng)失真的輸出電流波形，分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)需要電能質(zhì)量控制，的頻率諧波補(bǔ)償效果的干擾會(huì)造成更嚴(yán)重的影響。智能電源管理和系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，大型光伏電站位于在偏遠(yuǎn)地區(qū)，經(jīng)常無(wú)人值守站。為了準(zhǔn)確地測(cè)量電廠的電力輸出和系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，需要建立系統(tǒng)的智能電源管理和系統(tǒng)運(yùn)行狀況監(jiān)控系統(tǒng)往往是基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分布式發(fā)電系統(tǒng)收集的信息集中控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理工作，這部分的工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有詳細(xì)說(shuō)明這篇文章。 6結(jié)束語(yǔ)本文介紹了結(jié)構(gòu)的光伏系統(tǒng)，一個(gè)系統(tǒng)塊圖的主要成分，功能。的基本原則的最大功率點(diǎn)跟蹤光伏逆變器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)“朝陽(yáng)技術(shù)”可以完全改變?nèi)藗兊纳?，并有一個(gè)光明的未來(lái)，讓我們共同期待光伏發(fā)電技術(shù)做出更大的貢獻(xiàn)，為人類的明天。