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光伏系统最大功率点跟踪技术的比较

导读: 针对目前光伏系统最大功率点跟踪(MPPT)技术研究和应用现状,根据控制算法的不同分类,选取干扰观测法、电导增量法、模糊控制法作为研究对象,分别建立控制模型,采用MATLAB/Simulink进行系统整体仿真,并对3类方法进行实验研究,将仿真和实验结果进行分析比较

  针对目前光伏系统最大功率点跟踪(MPPT)技术研究和应用现状,根据控制算法的不同分类,选取干扰观测法、电导增量法、模糊控制法作为研究对象,分别建立控制模型,采用MATLAB/Simulink进行系统整体仿真,并对3类方法进行实验研究,将仿真和实验结果进行分析比较,得出各类MPPT控制方法在稳态控制精度、动态响应、误判纠正及硬件实现要求等方面的量化参数。基于以上量化参数,结合各种方法的理论分析和实验波形,提出各种方法在实际应用中的适用条件和范围,便于实际系统在众多MPPT实现方法中合理选取最佳方案。

  光伏发电太阳能直接转换成电能,具有诸多优点,应用越来越广。由于光伏阵列输出电压、电流受外界光照强度、环境温度等因素影响,呈非线性特征,因此如何调整负载特性,使系统尽可能地实时输出最大功率,即为最大功率点跟踪(MPPT)技术,在光伏系统中尤为重要。

  MPPT技术已成研究热点,其控制方法多样,控制效果不尽相同,实现过程也大有区别。根据文[123],可将各种控制方法分为间接近似控制法、直接采样控制法以及人工智能控制法3大类。间接控制法主要有曲线拟合法、查表法等;直接采样控制法主要有干扰观测法、电导增量法等;人工智能控制法主要有模糊控制法、神经网络控制法等。

  目前主要文献均针对某一特定方法进行研究,缺乏对各种控制方法实际应用效果的系统化比较研究,采用实际控制平台进行实用性研究的则更少。

  本文根据方法分类,选取最具代表性的干扰观测法、电导增量法、模糊控制法作为研究对象,分别建立控制模型,采用MATLAB/Simulink对系统主电路及控制系统进行整体仿真,并在实验平台上对各种方法分别进行实验研究。

  1各典型控制方法实现原理

  1.1干扰观测法的实现

  干扰观测法的原理是先让光伏阵列工作在某一参考电压下,检测输出功率,在此工作电压基础上加一正向电压扰动量,检测输出功率变化。若输出功率增加,表明光伏阵列最大功率点电压高于当前工作点,需继续增加正向扰动;若所测输出功率降低,则最大功率点电压低于当前工作点,需反向扰动工作点电压[425]。

  1.2电导增量法的实现

  电导增量法通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号。由光伏阵列特性曲线可知最大功率点处满足电导条件[1,6]:

  其中,VPV和IPV分别为光伏阵列输出的电压和电流,PPV为光伏阵列输出的瞬时功率。根据判定结果调整参考电压即可实现控制。

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