基于變步長滯環(huán)比較法的MPPT算法研究,分析一下

【專家解說】：太陽能光伏發(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，引起廣泛關(guān)注的重要手段之一。本文介紹的過程中，太陽能光伏并網(wǎng)控制逆變器，最大功率跟蹤的原則，太陽能控制器，太陽能光伏逆變器的原理和主要的控制模式。太陽能光伏發(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，引起廣泛關(guān)注的重要手段之一。本文介紹的過程中，太陽能光伏并網(wǎng)控制逆變器，最大功率跟蹤的原則，太陽能控制器，太陽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，對能源的需求越來越多。傳統(tǒng)的化石能源一直無法滿足要求，為了避免面對能源枯竭的困境，尋找優(yōu)質(zhì)的替代能源已成為關(guān)注的焦點問題?？稍偕茉?，例如水能，風(fēng)能，太陽能，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)境問題，安全問題，此外，水電開發(fā)程度較高的問題，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，也是一個熱點問題，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)能仍是重點學(xué)術(shù)界的關(guān)注。在其余的可再生能源中，太陽能發(fā)電技術(shù)是最有價值的利用能源的形式之一。太陽能是豐富的，每一秒太陽到地球的能量相當(dāng)于210億萬桶石油，相當(dāng)于每天在世界上的能源消耗，運輸。中國的太陽能資源也非常豐富，除了云貴高原的部分地區(qū)，大多數(shù)中國人都是地區(qū)太陽能資源豐富的地區(qū)，太陽能的利用是小于1/1000。因此，我們在大力發(fā)展太陽能的巨大潛力。 太陽能利用分為“光與熱”和“光伏”兩光熱熱水器被廣泛應(yīng)用于中國。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”。利用太陽能光伏技術(shù)。光伏發(fā)電技術(shù)，根據(jù)負載的離網(wǎng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電技術(shù)早期是受成本因素的太陽能電池組件，滿足偏遠地區(qū)的離網(wǎng)型小功率電氣問題無網(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），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)由兩個主要部分組成：首先，太陽能電池組件。傳送到太陽光能轉(zhuǎn)換成DC地球上的能源，二是太陽能控制逆變器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并負責(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)控保護裝置組成。主控制器來實現(xiàn)的太陽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)控保護單位主要負責(zé)生成系統(tǒng)的安全性如孤島效應(yīng)保護，并及時與上位機的通信來傳遞能量，傳遞信息的相關(guān)問題。 3太陽能控制器，其原理 3.1太陽能電池組件模型 圖2中的硅太陽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。沒有太陽光的情況下，外部特性的硅太陽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)域的太陽能電池板，具有低的內(nèi)部電阻可被視為一系列的不同級別的電壓源，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度的變化的最大功率跟蹤要求在電池板的輸出功率自動跟蹤大大條件。 3.2太陽能控制器電路拓撲的 圖太陽能控制器的電路拓撲結(jié)構(gòu)，和一個升壓斬波器的原理，調(diào)整占空比的開關(guān)裝置S調(diào)整電池板的等效負載阻抗來實現(xiàn)電池板的最大功率點跟蹤功能。 3.3最大功率跟蹤方法 最大功率點跟蹤技術(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，這種方法很簡單，在的原則，但跟蹤精度是不夠的，二是的MTTP技術(shù)，實時檢測光伏陣列的輸出功率，通過調(diào)整阻抗的方式，以滿足最大功率點跟蹤。目前，太陽能逆變器制造商MPPT技術(shù)的廣泛采用。目前，常用MTTP的方法有兩種。 （甲）擾動觀察法（PO）：， 擾動觀測法每隔一定的時間，以增加或減少的電壓的變化方向，由觀察的功率，來決定所述控制信號中的下一步驟。如果輸出功率增加，則繼續(xù)按照與前面的步驟中，電壓的變化方向來改變電壓，如果所檢測出的輸出功率減小時，不斷變化的電壓的變化的實際工作點的方向上，使光伏陣列可以逐漸接近目前的最大功率點。如果DC / DC轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)通過施加的擾動來調(diào)節(jié)光伏陣列的輸出電壓或電流，從而達到目的，最大功率點跟蹤MPPT控制，在具體實施應(yīng)的占空比。如果使用較大的步長“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際工作點，但在達到穩(wěn)定狀態(tài)附近處的振蕩振幅的最大功率點，導(dǎo)致在某些損失電源，使用一個小的步長是正好相反。 （B），電導(dǎo)增量法（INC）： 光伏電池的最大功率點Pm在DP / DU = 0，不為0時結(jié)束DP /Dü。 為了使輸出功率，（4）必須滿足的數(shù)組，電導(dǎo)變化率等于負電導(dǎo)值。首先，假設(shè)光伏陣列的在一個給定的工作點的工作，然后采樣光伏陣列的電壓和電流來計算ΔV= V（n）的 - v時（n-1個）和Δi= I（N） - （n-1個），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的符號來確定的最大功率點的位置;如果和Δv≠0，根據(jù)Δi的/ΔV+的符號的I / V判斷。 這種跟蹤的最大優(yōu)勢的光伏電池，光強的變化，輸出電壓可以以平穩(wěn)的方式的變化，電壓波動比擾動觀察法。其缺點是，它的算法是更復(fù)雜的，對硬件的要求，特別是在檢測元件的精度要求是比較高的，因此，對整個系統(tǒng)的硬件成本會比較高。 太陽能逆變器電路拓撲如圖5所示,5-a）是一個單相電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器電路拓撲，5-B）三相并網(wǎng)逆變器太陽能逆變器的工作原理電路拓撲結(jié)構(gòu)。從電路拓撲結(jié)構(gòu)的控制點是電壓型逆變電路。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，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，可以實現(xiàn)電路的整流器，逆變器 AB和無功功率補償?shù)?。圖7示出的向量圖的電路的操作，其特征在于，所述7-α）是一個整流器運行，7-b）中的逆變器操作,7-C）的無功功率補償運行,7-d）的是I導(dǎo)致角φ運行。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個顯示器保護單位介紹 監(jiān)控保護裝置的主要作用有： 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)測和保護中的重要作用的單位; 區(qū)，智能電源管理，系統(tǒng)狀態(tài)檢測報告光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵要考慮的因素。 5.1網(wǎng)狀保護裝置 電網(wǎng)保護裝置，以實現(xiàn)以下保護功能：低電壓保護，過電壓保護，低頻率保護，保護國家頻率，過電流保護，孤島保護策略的內(nèi)容。通常需要建立大型光伏電站的冗余保護裝置，以確保及時處理系統(tǒng)故障。 5.2孤島檢測技術(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)一個地區(qū)的島嶼國家的光伏發(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，同時可能會導(dǎo)致電器元件以及人身安全危害島效應(yīng)，必須避免。孤島的檢測方法中，有兩個主要的，是被動的檢測和活性的檢測方法。 （A）被動式孤島檢測： 孤島的發(fā)生和電網(wǎng)的分離載荷特性和電網(wǎng)的有功和無功功率之間的交流有很大的關(guān)系。有功波動導(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)性的波動會導(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，如果通過該端口的電壓或輸出頻率的監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的活性或反應(yīng)性的波動可以檢測島嶼的發(fā)生，這是無源孤島檢測方法的原理。然而，電網(wǎng)脫離，，如果有功功率和無功功率波動是小的，被動的檢測方法存在檢測盲區(qū)。 （B）主動式孤島檢測： 主動式孤島檢測方法，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，檢測到發(fā)生孤島。這種方法也存在檢測盲區(qū)“，和相對高的無載品質(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，系統(tǒng)不能檢測孤島的狀態(tài)，此外，將導(dǎo)致的頻率擾動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，的頻率諧波補償效果的干擾會造成更嚴(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地區(qū)，經(jīng)常無人值守站。為了準(zhǔn)確地測量電廠的電力輸出和系統(tǒng)的運行狀況，需要建立系統(tǒng)的智能電源管理和系統(tǒng)運行狀況監(jiān)控系統(tǒng)往往是基于計算機的數(shù)據(jù)處理平臺和互聯(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)沒有詳細說明這篇文章。 6結(jié)束語本文介紹了結(jié)構(gòu)的光伏系統(tǒng)，一個系統(tǒng)塊圖的主要成分，功能。的基本原則的最大功率點跟蹤光伏逆變器主電路的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)“朝陽技術(shù)”可以完全改變?nèi)藗兊纳睿⒂幸粋€光明的未來，讓我們共同期待光伏發(fā)電技術(shù)做出更大的貢獻，為人類的明天。