基于改进MPPT算法的单级式光伏并网系统概要

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具有MPPT功能的单级式光伏并网发电系统仿真分析

阵列模型模拟了光照和温度变化条件下光伏并网系统的输出情况。仿真实验表明，该单级式光伏并网发电系统能
够迅速、有效地跟踪到光伏阵列的最大功率点，在并网电流的控制方面能准确的跟踪电网电压相位，使逆变器的输出电流与电网电压同频同相，保证了电流输出波形为正弦且纹波较少。
０引言
光伏发电分为独立光伏系统和并网光伏系统，独立光伏系统电池费用占总费用的２％Ｌ，本较０２成］高，并网型光伏发电由于其造价低，出电能稳而输定，有广阔的发展前景＿，是未来发展的方具３也Ｊ向。因此，文建立了单级光伏并网系统电路，本采用光伏阵列仿真模型进行了光伏发电系统仿真研究，使光伏系统输出电流相位跟踪电网电压相位
ＺＨＡＮＧｅｇＺｈｎ
（ｉｉｇＥｅｔｃＰｗｒＤｓｎＩｓｔｉ，ｒｍｑ８００，ｈｎ）ＸｎａｌｒｏｅｅｉｔｕｏＵｕｕｉ３０２Ｃｉａｊｎｃｉｇｎｉｔｎ
ＡｂｔａｔＴｉｐｐｒｉｔｄｃｓｔｅｓｕｔｒｎｏｔｌｆｓｇｅｓｇｒ－ｏｎｃｅｈｔｖｈｉｙｔｍｓｂ・ｓｒｃ：ｈｓａｅｎｒｕｅｈｔｃｕｅａｄｃｎｒｉｌｔｅｇｉｃｎｅｔｄｐｏｏ０ａｃｓｓｅｅｔ－ｏｒｏｏｎａｄ— ａｌｈｓｐｏｏｏｔｉｒａｄｌｎｒｄ— ｃｎｅｔｄｐｏｏｏａｃｍｏｅｎｉｌｔｓｔｅｏｔｕｆｒ — ｏｎｃｅｉｅｈｔｖｌｃａｒｙｍｏｅｄｇｉ — ｏｎｃｅｈｔｖｈｉｄｌｄｓｓａａａｍｕａｅｕｐｔｉｃｎｅｔｄｈｏｇｄ— ｐｏｏｏａｃｓｓｅｗｉｅｃａｇｆｉｕｎｔｎａｄｔｍｐｒｔｒｙｐｏｏｏａｃａｒｙｍｏｅ．Ｓｍｕａｉｎｅｐｔｈｔｖｈｉｙｔｍｔｔｈｎｅｏｌｍｉａｉｎｈｈｌｏｅｅａｕｅｂｈｔｖｈｉｒａｄ１ｉｌｔｘｅ — ｏｉｍｅｔｓｏｈｔｈｓｓｎｌｔｇｒ — ｃｎｅｔｄｐｏｏｏｔｉｙｔｍｕｃｌｎｆｃｉｅｙｔｃｓｔｅｍａｉｍｎｈｗｓｔａｉｉｇｅｓａｅｇｉ — ｏｎｃｅｈｔｖｌｃｓｓｔｄａｅｑｉｋｙａｄｅｅｔｌｒｋｈｘｍｕｖａｐｗｒｐｉｔｎｐｏｏｏａｃａａ，ａｃｒｔｌｒｃｓｔｅｖｌｇｈｓｓｆｒｄ～ｃｎｅｔｄｃｒｅｔｃｎｒｌｓｏｅｏｎｈｔｖｈｉｒｙｃｕａｅｙｔｋｈｏｔｅｐａｅａｏｉａａｏｎｃｅｕｎｏｔ，ａ－ｏｓｒｓｔｅｏｔｕｕｅｔｏｖｒｒａｄｔｅｕｅｈｕｐｔｒｎｆｉｅｔｎｈｃｎｅｄｖｌｇｆｔｅｓｍｅ￣ｑｅｃｎｈｓｎｕｒｎｅｓｔｅｓｎ — ｏｔｅｏａａｈｅｕｎｙａｄｐａｅａｄｇａａｔｅｈｉｕ

基于模糊控制MPPT的单相光伏并网发电系统

基于模糊控制MPPT的单相光伏并网发电系统
凌六一
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2010(000)006
【摘要】采用模糊控制算法实现光伏阵列最大功率点跟踪,利用软件锁相技术完成逆变器输出电流与电网电压的频率和相位同步.实验结果表明,该系统的设计能满足并网要求,而且模糊控制可有效消除最大功率点振荡现象.
【总页数】4页(P73-75,79)
【作者】凌六一
【作者单位】安徽理工大学,电气与信息工程学院,安徽,淮南,232001
【正文语种】中文
【中图分类】TM615
【相关文献】
1.基于MPPT的两级单相光伏并网发电系统控制策略研究 [J], 刘洁;刘莉;米焱
2.基于MPPT的单相光伏并网发电系统仿真研究 [J], 陈娟;江天博;杨奕;程景飞
3.双模糊控制法在光伏并网发电系统MPPT中的应用 [J], 李兴鹏;石庆均;江全元
4.基于模糊控制MPPT的单相光伏发电系统的仿真研究 [J],
5.基于MPPT的三相光伏并网发电系统 [J], 李文君;李传荣;李鹏飞
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基于改进型单纯式加速法变步长MPPT控制算法

基于改进型单纯式加速法变步长ＭＰＰＴ控制算法作者：赵晶来源：《现代电子技术》2009年第10期摘要:结合光伏并网系统控制特点,针对单纯式加速法的不足,提出一种新的基于改进型单纯式最大功率点跟踪(MPPT)优化算法,设计在线步长调节,改变电压收敛速度。

利用PSIM仿真软件构建通用型光伏矩阵模型,模拟任意参数的光伏阵列,动态跟踪光照强度、环境温度的变化,应用于单相光伏并网系统。

仿真结果表明,相对于常规MPPT控制算法,结合优化技术的变步长MPPT算法能快速准确地跟踪最大功率点,且系统波动小,稳定性高。

关键词:光伏并网系统;改进型单纯形加速法;功率跟踪;优化算法;变步长中图分类号:TM615;TP274 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2009)10-164-03Variable Step Algorithm of MPPT Based on Accelerating Simplex MethodZHAO Jing(Xiamen University of Technology,Xiamen,361024,China)Abstract:According to characteristics of grid-connected photovoltaic system,a new Maximum Power Point Tracking (MPPT) optimization algorithm is introduced with the modified simplex method.And the online step-regulated is also used to change the convergence rate.An universal photovoltaic matrix model is used in a single-phase photovoltaic systems built by the PSIM software,which can simulate any parameters of the photovoltaic module,and dynamically track any light intensity and ambient temperature.The simulation results show that this MPPT algorithm with some optimization techniques can quickly and accurately track the maximum power point compared to the conventional MPPT control algorithm,and the static and dynamic performance of this system are improved.Keywords:grid-connected photovoltaic system;modified accelerating simplex method;power tracking;optimization algorithm;variable step0 引言光伏发电是当前利用太阳能的主要形式之一[1],但光伏系统受外界温度、光照强度的影响显著,导致光伏阵列不能持续工作在最大输出功率点,而降低能量转换效率。

单级式三相光伏并网系统控制技术综述

单级式三相光伏并网系统控制技术综述王宏华;王成亮【摘要】与两级式光伏并网系统相比,单级式光伏并网系统在效率、成本等技术、经济指标上具有优势,但控制算法复杂.总结了单级式三相光伏并网逆变器拓扑结构的研究现状,包括电压源型逆变器、电流源型逆变器、Z源逆变器及其改进拓扑等,并综述了单级式三相光伏并网逆变器控制技术的研究进展,包括变流控制方法、基本控制结构、先进控制算法以及并网与无功补偿一体化控制研究.最后对单级式三相光伏并网系统控制技术的发展方向进行了展望.%Compared with two-stage grid-connected photovoltaic systems, single-stage grid-connected photovoltaic systems have advantages in efficiency and cost, but the control algorithm is complex . This paper summarizes the research status of the topologies of single-stage three-phase photovoltaic grid-connected inverter, including voltage-source inverter, current-source inverter, Z-source and improved Z-source inverter, etc. The research progress of the control technologies for single-stage three-phase grid-connected photovoltaic systems are presented in the paper, including the control methods of power converting, basic control struc-ture, advanced control algorithm, and the uniformed control of reactive compensation and photovoltaic grid-connected generation. Finally, the development direction of control technology for single-stage grid-connected photovoltaic systems is prospected.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】6页(P1-6)【关键词】光伏发电系统;并网;单级式;逆变器;控制【作者】王宏华;王成亮【作者单位】河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;江苏方天电力技术有限公司,江苏南京211102【正文语种】中文【中图分类】TM615+.9光伏并网系统是光伏产业的发展方向，提高发电效率和质量是其控制的核心问题，关键是在实现光伏阵列最大功率点跟踪(MPPT)的同时，控制并网逆变器输出电压幅值、频率、相位与电网一致，且输出电流波形总谐波畸变率小[1-2]。

(完整word版)光伏并网系统中MPPT常用算法及控制策略

光伏并网系统中 MPPT 常用算法及控制策略1.1光伏阵列的电气特性讨论光伏并网系统的控制策略，就必须首先要清楚光伏阵列的控制解决方案。

1.1.1 光伏电池的等效模型图1光伏电池的等效模型图1是光伏电池(Solar Cell) 等效模型。

它由理想电流源 Is 、反向并联二极管 D 串联电阻R s 和并联电阻R sh 构成。

其中Is 的值等于电池的短路电流，其大小反映了光伏电池所处环境的日照强度。

日照越强，Is 越大；反之越小。

下式是光伏电池的I — V 特性关系方程。

理想情况下 Rs ,可近似为零，Rsh 近似为无穷大，则上式可简化为式中,V-I ，P-V 特性，进而提岀合理的I为工作电流，I o为反向饱和电流，V为电池的输岀电压，其余皆为常数。

这样，光伏电池的输出功率为:这表明光伏电池的输岀功率是日照强度和温度的非线性函数，但是和电流和电压时一种比例关系。

1.1.2 光伏电池特性1、光伏器件输出特性为了更好的理解光伏电池的特性，根据上面的结论，光伏电池的非线性函数关系绘制岀其在日照不同、结温相同和日照相同、结温不同情况下的光伏电池I —V、P- V特性曲线，如图2、3所示。

(1).电池结温不变，日照变化(a) I-V特性曲线(B) P-V特性曲垛图2光照强度不同情况下I —V、P-V特性曲线图2为光伏电池结温不变、日照强度变化情况下的一组I —V和P—V特性曲线，从图中可以得岀以下结论① 光伏电池的短路电流随光照强度增强而变大，两者近似为比例关系种日照条件下变化不大； ② 光伏电池的最大输岀功率随光照强度增强而变大，且在同一日照环境下有唯一的最大输岀功率点。

在最大功率点左侧，输出功率随电池端电压上升呈近似线性上升趋势；到达最大功率点后，输出功率开始快速下降，且下降速度远大于上升速度；③ 如图2(a)所示：在虚线 A 的左侧，光伏电池的特性近似为电流源，右侧近似为电压源。

虚线 A 对应最大功率点时光伏电池的工作电流，约为电池短路电流的 90%;④ 如图2(b)所示：结温一定的情况下，光伏电池最大功率点对应的输岀电压值基本不变。

基于改进MPPT算法的光伏发电最大功率跟踪系统

基于改进M PP T 算法的光伏发电最大功率跟踪系统何薇薇1,熊宇1,杨金明2,黄焯兴3(1.中山火炬职业技术学院,广东中山528436;2.华南理工大学电力学院,广东广州510640;3.中山市威尔逊科技实业有限公司,广东中山528400) 摘要:针对光伏发电系统最大功率跟踪问题,提出了一种改进的自适应爬山算法,通过Matlab/Simulink 进行仿真,并在硬件电路基础上对系统的性能进行了验证。

仿真和实验结果表明,在此算法控制下,系统可稳定快速地追踪最大功率点,具有较高的跟踪精度结果,可在各种情况下,尤其对光照突变等恶劣情况下可实现光伏电池的最大功率跟踪,有较强的适应能力。

关键词:光伏发电系统;最大功率跟踪;自适应爬山算法中图分类号:TM615 文献标识码:APhotovoltaic Maximum Pow er Point T racking System B ased on an Improved MPPT AlgorithmH E Wei 2wei 1,XION G Yu 1,YAN G Jin 2ming 2,HUAN G Zhuo 2xing 3(1.Zhongshan Torch T echnical College ,Zhongshan 528436,Guangdong ,China;2.Electric Power College ,South China University of T echnology ,Guangz hou 510640,Guangdong ,China;3.Zhongshan Warsony Science and T echnology Industrial Co.L t d.,Zhongshan 528400,Guangdong ,China )Abstract :A modified adaptive hill climbing algorithm was proposed for the photovoltaic maximum power point tracking.The sysytem performance was evaluated by experiments and simulations in Matlab/Simulink.The results show that with the algorithm ,the system can track the maximum power point smoothly and quick 2ly ,and has good adaptability to problems like degradation of the photovoltaic illumination.K ey w ords :photovoltaic system ;maximum power point tracking (MPPT );adaptive hill climbing algorithm 基金项目:国家自然基金重点项目(60534040) 作者简介:何薇薇(1984-),女,硕士研究生,Email :heweiwei90810@1　引言通过电力电子技术和控制技术实现太阳能光伏发电的最大功率跟踪(M PP T ),是提高光伏发电系统的发电量、降低发电成本的有效措施。

单级式光伏并网系统MPPT研究

摘
要：针对目前ＭＰＰＴ方法中常用的扰动观察法的缺点，提出了一种自适应变步长算法，将其应用于并网系
统仿真模型中．仿真结果表明，采用自适应变步长ＭＰＰＴ算法的系统在外界环境突变的条件下，能够准确、快速地跟踪最大功率点，且满足并网要求，并具有良好的动态及稳态特性．
ｍｅｔｈｏｄ，ａｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｎｇｖａｒｉａｂｌｅｓｔｅｐ— ｓｉｚｅａｌｇｏｒｉｈｍｉｔｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｇｉｄｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｔｈｅｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｎｇｖａｒｉａｂｌｅｓｔｅｐ — ｓｉｚｅＭＰＰＴａｌｇｏｉｔｒｈｍｃａｎｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｄｒａｐｉｄｌｙｔｒａｃｋｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔ
第３１卷第１期
２０１５年２月
上
海电力学院学
报
Ｖｏ１．３１．ＮＯ．１Ｆｅｂ．２０１５
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｇｈｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ

基于MPPT和准滑模控制的单相光伏并网系统设计与研究

男
副教授，研究方向为计算机控制技
，
模型不仅能够实现功率因数为１的并网控制目标，而且具有动态响应快、稳态跟踪性能
优良等特点，验证了系统设计的正确性和可行性。
关键词：伏并网系统；滑模；单相并网；大功率点跟踪光准最中图分类号：Ｍ６５２文献标志码：Ｔ１．Ｂ文章编号：０１５３（０２０－２－４１０－１２１）４０３０５０
Ｓａｈｅａａｔｇｓｏａｔｄｎａｃｒｓｏｓｎｄｇｏｔａｙｔａｉｅｆｒｎｅ，ｗｈｃｅｆｅｈｅｆａｉｉｉｙＯｈｓｔｄｖｎａｅｆｆｓｙｍｉｅｐｎｅａｏｄｓｅｄｒｃｋｎｇｐｒｏｍａｃｉｈｖｒｉｓｔｅｓｂｌｉｔａｄｐｒｃｉａｉｉｙｏｈｙｓｅｄｓｇ．ｎａｔｃｂｌｆｔｅｓｔｍｅｉｎｔＫｅｗｏｄｓ：ｐｈｏｏｌａｃｙｒｏｔｖｔｉｇｒｄ－ｏｉｃｎｎｅｔｄｙｔｍ；ｑｕａｉｓｉｎｇｃｅｓｓｅｓ－ｌｄｉｍｏｄｅ；ｓｎｇｅｉｌｐｈａｅｒｄ－ｏｓｇｉｃｎｎｅｔｄ；ｃｅ
Ｌｎｗｉ，ＹＮ￣ｎａｇ，ＧＯＱａｇ，ＺＮＧＪａｗｉＩｇｅＡＧＭｉｆｎＵｉｎＡｉｎｅ
（．ｅａｔｅｔｆｌｔｃｌｎｉｅｒｇａｄＡｔｍｔｎＬｏａｇＩｓｔｔｏｃｎｅａｄＴｃｎｌｙ１ＤｐｒｎｏｅｒａＥｇｅｉｎｕｏａｉ，ｕｙｎｔｕｅｆｉｃｎｅｈｏｏ，ｍＥｃｉｎｎｏｎｉＳｅｇＬｏａｇ４１０，ｈｎ；．ａｅｇＰｗｒＳｐｌＣｍａｙＫｉｎ７０４Ｃｉａｕｙｎ７０３Ｃｉａ２Ｋｉｎｏｅｕｐｙｏｐｎ，ａｅｇ５０，ｈｎ）ｆｆ４

基于MPPT的太阳能光伏系统研究

基于MPPT的太阳能光伏系统研究随着环保意识的日益提高，越来越多的人开始关注到太阳能光伏系统。

太阳能是一种清洁能源，在使用过程中不会产生有害物质，对环境的污染极小。

而太阳能光伏系统是将太阳能转换为电能的一种方式。

基于最大功率点跟踪（MPPT）的太阳能光伏系统因其高效可靠而备受青睐。

本文将对基于MPPT的太阳能光伏系统进行研究。

一、太阳能光伏系统简介太阳能光伏系统是将太阳能转化为电能的一种方式。

它由光伏电池板、电池组、逆变器、控制器等组成，其基本工作原理是：太阳能电池板将太阳能转化为直流电，电池组储存直流电，逆变器将直流电转化为交流电并输出给负载使用，控制器对光伏电池板和电池组进行监控、调节和保护。

太阳能光伏系统具有环保、安全、节能、可靠等特点，已经被广泛应用于工业、民用、农业等领域。

随着技术的不断发展和成熟，太阳能光伏系统的效率和稳定性得到了进一步提高。

二、MPPT技术简介MPPT是英文Maximum Power Point Tracking的缩写，中文翻译为最大功率点跟踪。

MPPT技术是太阳能光伏系统中的一种关键技术，其作用是保证光伏电池板输出的功率处于最大值。

光伏电池板输出的功率很大程度上受到光照强度和温度等环境因素的影响。

MPPT技术通过对光伏电池板输出电压和电流进行精确控制，将电池板输出的功率维持在最大值，从而提高电能的转化效率。

MPPT技术目前有多种实现方式，常见的有基于模拟电路的实现方式和基于数字信号处理器（DSP）的实现方式。

其中，基于DSP的实现方式由于具有计算能力强、功耗低、精度高等优点，已经成为主流的MPPT实现方式。

三、基于MPPT的太阳能光伏系统关键技术基于MPPT的太阳能光伏系统主要包括以下关键技术：1. MPPT控制算法MPPT控制算法是基于DSP实现MPPT的关键技术之一。

MPPT控制算法的设计应能充分考虑不同时刻、不同天气条件下光伏电池板的输出电压和电流的变化，以及直流电池组的电压和电流的变化，从而保证光伏电池板输出功率最大。

基于MPPT控制的光伏发电系统设计_本科毕业设计(论文)

本科毕业设计论文基于MPPT控制的独立光伏发电系统设计摘要随着时代的发展，人类对能源的需求越来越多，新能源开发是解决能源问题的根本途径，而太阳能光伏发电正是新能源和可再生能源的重要组成部分。

本文主要研究独立光伏发电系统，它有着相当广泛的应用。

独立光伏系统主要包括了光伏电池、蓄电池组、充电器和逆变器四个组成部分，本文对独立光伏系统中的最大功率点跟踪进行深入研究。

本文利用光伏电池的数学模型和等效电路，在MATLAB/Simulink中建立了光伏电池的仿真模型，得到了与实际光伏电池输出特性一致的仿真曲线，为进一步研究最大功率点跟踪打下了基础。

最大功率点跟踪的方法有很多，但是应用最为广泛的是扰动观察法和电导增量法，本文对自适应占空比干扰法进行了详细的分析，给出了算法设计，并建立了光伏电池的仿真模型对算法进行了仿真，仿真结果验证了算法设计的正确。

关键词：独立光伏系统，光伏电池，最大功率点跟踪The Design of Independent Photovoltaic Power Generation System Based on MPPT ControlABSTRACTWith the development of economics and technology, more and more energy is required. Researching and developing new energy is the radical method to resolve the energy problem, and the solar energy is the important composing of the new energy and the renewable energy.Research on the stand-alone photovoltaic system is the main content of this thesis. There is very comprehensive application for the stand-alone photovoltaic system. The stand-alone photovoltaic system is composed of the solar cell, storage battery, charger and inverter. Several key techniques, for instance , the MPPT(Maximum Power Point Tracking) are deeply studied in this thesis. Base on the mathematical model and the equivalent circuit, the solar cell simulation model in MATLAB/Simulink is built in order to research the MPPT, and the curve which is in accordance with the actual solar cell is attained. This work built the base for the further research on MPPT. There are many methods for MPPT, but the P&O(Perturb and Observe) method and the C.I. (Conductance incremental) method are applied most extensively, and these two methods are analyzed in detail. The algorithmic designs of the P&O method and the C.I. method are given in this thesis, and the algorithmic designs are simulated with the model of the solar cell in MATLAB/Simulink, and the result of simulation validated the correctness of the design of the two algorithms. Besides, take the P&O for instance, the factors which can affect the quality of the MPPT are discussed.KEY WORDS:Stand-alone photovoltaic system,Solar cell,MPPT目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1 发展光伏发电的意义 (2)1.1.1 保护气候和改善环境 (2)1.1.2 节省空间 (3)1.1.3 增加就业 (3)1.1.4 提供农村电力 (3)1.1.5 中国的特殊需求 (4)1.2 国内外光伏产业的发展及趋势 (4)1.2.1 世界光伏产业发展的现状和趋势 (4)1.2.2 国内光伏产业发展现状和趋势 (5)第2章光伏发电系统 (6)2.1 光伏发电系统的基本组成 (6)2.2 带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统的基本组成 (6)第3章光伏阵列特性及其仿真模型的研究 (8)3.1 光伏电池的工作原理 (8)3.2 光伏电池等效电路分析 (9)3.3 光伏阵列的Simulink模型 (12)第4章光伏阵列最大功率点跟踪算法的研究 (18)4.1 光伏系统最大功率跟踪的原理 (18)4.2 最大功率跟踪点方法概述 (19)4.3 DC/DC变换电路实现MPPT的原理 (27)4.3.1 Boost变换电路 (28)4.3.2 Boost电路实现光伏阵列MPPT的仿真模型 (30)4.4 自适应占空比干扰观察法 (35)4.4.1 占空比干扰观察法的提出 (35)4.4.2 自适应控制技术介绍 (36)4.4.3 基于自适应控制思想的MPPT方法 (36)4.4.4 光伏阵列MPPT仿真模型的建立 (39)4.4.5 仿真结果与分析 (40)结论 (43)谢辞 (45)参考文献 (46)外文资料翻译 (49)前言长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。

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ISSN 100020054CN 1122223 N清华大学学报(自然科学版J T singhua U niv (Sci &Tech ,2005年第45卷第7期2005,V o l .45,N o .73 388732876基于改进M PPT 算法的单级式光伏并网系统刘树,刘建政,赵争鸣,王健,吴理博,袁立强(清华大学电机工程与应用电子技术系,电力系统及发电设备控制与仿真国家重点实验室,北京10084收稿日期:2004208217基金项目:国家科技攻关计划资助项目(200413A 409130321;清华大学基础研究基金资助项目(JC 2003022作者简介:刘树(19812,男(汉,天津,硕士研究生。

通讯联系人:刘建政,副教授,E 2m ail :liujianzheng @tsinghua .o rg .cn摘要:为了克服传统两级式光伏并网系统在设备体积、成本和控制复杂度上均存在的不足,提出了一种无直流稳压环节的新型单级式光伏并网系统电路拓扑和适用于此拓扑的电压变化速度受限的最大功率点控制算法(VV SL 2M PPT 。

使用仿真和实验的方法,对系统的性能进行了验证。

实验样机实现连续工作10h 的稳定运行,输出稳定在系统最大功率点,并于14:00:00左右达到全天峰值。

结果表明,在此算法控制下,系统可稳定追踪最大功率点,并对光照突变等恶劣情况,有较强的适应能力。

关键词:太阳能发电;并网系统;最大功率点跟踪控制;恒电压控制中图分类号:TM 615文献标识码:A文章编号:100020054(20050720873204One -level photovolta ic gr id -connectedsystem ba sed on an i m provedM PPT a lgor ithmL I U S hu ,L I U J ia nzhe ng ,ZHAO Zhe ngm ing ,W ANG J ia n ,WU L ibo ,Y UAN L iq ia ng(State Key Laboratory of Con trol and Si m ulation of Power System and Generation Equip men t ,D epart men t of Electr ical Eng i neer i ngand Applied Electron ic Technology ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Ch i na Abstract :Two 2level grid 2connected pho tovo ltaic system s,w hich contain a DC DCvo ltageregulatedsegm ent,have obvi ousdraw backs w ith respect to system vo lum e,co st and contro lcomp lexity .A one 2level topo logy fo r grid 2connected pho tovo ltaic system s that is less expensive and uses a contro l theo ry based on variable vo ltage speed li m ited m axi m um pow er po int track ing (VV SL 2M PPT ,w h ich adap ts to the system characteristics .T he system perfo r m ance w as evaluated by si m ulati ons and experi m ents .T he experi m ental system w as operated continuously fo r 10hours at the m axi m um pow er po int w ith the peak value at 14:00pm.T he results show that,w ith the VV SL 2M PPT algo rithm ,the one 2level pho tovo ltaic grid 2connected system can s moo th ly track the m axi m um pow er po int of the pho tovo ltaic array and has good adap tability to p roblem s like degradati on of the pho tovo ltaic lam inate .Key words :so larenergy;electricitygenerati on;so lar 2gridconnecti ons;m axi m um pow er po int tracking;constant vo ltage contro l太阳能作为一种新兴绿色能源,以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点,正得到迅速的推广应用[13]。

然而当前太阳能的发电应用还很大程度上局限于仅由太阳能供电的孤立电源系统,而与电力网络互联,由于受技术和政策限制,相对还较为困难。

光伏系统孤立运行,造成了光伏供电受季节、天气等因素影响而不稳定,并在很多情况下造成多余电能浪费。

解决以上的技术问题,必须开发性能优越的光伏并网发电系统。

将太阳能发电系统与大电网相连接,提高光伏发电系统的运行性能与效率,完成太阳能由补充能源向替代能源过渡。

本文设计了一种新型的无直流稳压环节的单级式光伏并网系统,建立了系统控制模型,提出了一种适用于此系统的电压变化速率受限的最大功率点跟踪控制策略(VV SL 2M PPT ,对系统运行情况进行仿真,建立了基于16b 单片机的实验样机。

1两级式光伏并网系统1.1两级式光伏并网系统拓扑两级式的光伏并网系统由光伏阵列、DC DC升压环节、直流稳压环节(多为蓄电池、逆变环节和滤波环节等构成[4]。

其中,控制更能由功率点控制器和逆变控制器分别完成,前者寻求光伏阵列的最优工作点,后者控制直流到交流的逆变过程。

一般来说,光伏阵列工作点控制策略有两种主要方式:恒电压控制(CV T 和最大功率点跟踪(M PPT 。

1.2光伏阵列特性与功率点控制策略光伏阵列是一种非线性的直流源,其电源特性可以视为一个恒压源和恒流源的组合。

随工作状态变化,光伏阵列的功率端电压(电流曲线存在一个最大功率输出点。

影响功率点的两个主要因素为光照强度和阵列表面温度。

在实际应用中,需要控制光伏阵列运行于其最大功率点附近,充分利用输出功率。

工程上,通常采用CV T 和M PPT两种控制策略来选取系统的功率点[5]。

CV T控制通过将光伏阵列端电压稳定于某一个值的方法,确定系统功率点。

这种策略的优点是控制简单,系统稳定性好。

但在温度变化较大的情况下,CV T控制下的光伏阵列工作点将偏离最大功率点。

M PPT是当前采用比较广泛的一种光伏阵列功率点控制策略,通过实时改变系统的工作状态,跟踪阵列的最大工作点,实现系统的最大功率输出。

其中,采用较多的是一阶M PPT算法[3]。

此算法使用的是自主寻优的方式,动态性能较好。

但在稳定性上存在一定的缺陷。

1.3两级式光伏并网系统的缺陷两级式光伏并网系统设计思路简单,在工程中已经得到了一定的应用。

但是由于其“两级式”的拓扑形式,在系统结构和控制方式上均存在一些不足。

在结构上,两级式系统环节较多,尤其有蓄电池的存在,系统体积、成本较高,可靠性不好;在控制上,系统的功率点控制和逆变控制分别由两个不同的环节独立完成,系统控制复杂,动态响应慢,且稳态、动态特性不易协调。

2单级式光伏并网系统为了克服两级式光伏并网系统存在的缺陷,提出了一种无直流稳压的单级式光伏并网电路拓扑,以及适用于此拓扑的电压变化速率受限的最大功率点跟踪算法。

一级式光伏并网系统电路如图1所示。

系统由光伏电池板、稳压电容、逆变桥和滤波电感构成。

虚线框部分为控制电路。

在如上建立的单级并网系统中,采用双闭环控制。

电压同步环节,交流电压、电流采样环节,PWM 调制环节,驱动单元4个部分作为内环控制,控制直流到交流的逆变,保证系统较好的逆变品质;功率采样环节、功率点控制环节作为外环控制,保证光伏并网系统工作在最大功率点,实现最大的功率输出。

图1单级式光伏并网系统电路示意图内环控制采用定时间步长的滞环比较方式,这部分内容不作过多赘述。

外环为功率环,是系统控制的核心。

在设计中,针对一阶并网系统的特点,提出了一种全新的电压变化速度受限的最大功率点控制算法(VV SL2M PPT。

3电压变化速率受限M PPT算法由光伏阵列输出特性可知,在不同的光照和温度条件下,光伏阵列的最大功率点会有所变化,普通的恒电压控制,不能实现系统的最大输出,因此在高效系统中,采用最大功率点跟踪技术是必要的。

本系统中,外环的控制量为交流侧的目标电流幅值(I3A。

通过调节I3A,实现控制功率点寻优的目的。

经过仿真发现,在这种系统拓扑下,如仅仅采用普通的一阶M PPT控制,将使系统运行很不稳定,甚至出现光伏阵列电压崩溃,系统解裂。

3.1一阶M PPT控制的原理一阶M PPT控制策略是一种动态寻优的控制方式,通过改变控制量,使光伏阵列的端电压发生变化,通过变化前后输出功率对端电压的差分,判断当前工作点在特性曲线上的位置,进而判断下一步控制量的变化方式,从而使系统的工作点主动地向最大功率点靠近。

在普通的光伏蓄电池充电系统和传统的有直流稳压环节的光伏并网系统中,这种控制方式是行之有效的。

但是,在本文提出的单级拓扑中,一阶M PPT控制策略由于稳态性能差,将导致系统直流侧母线电压跌落,系统无法正常工作。

从系统特性的角度来解释这个问题:光伏阵列具有强烈的非线性,其电源特性可以视为一个恒压源和恒流源的组合。

而系统的负载为容量阶越的电压型变频器,直流母线两侧的储能元件为电容。

带有478清华大学学报(自然科学版2005,45(7这样负载的光伏阵列的稳定工作点不可能出现在恒流源区域。

一旦系统负载突增,直流测电压降低引起工作点跨越最大功率点,进入恒流源区域,对于电压型变频器来说,必将引起母线电流的增大以补偿这部分电压。

而此时光伏电源具有近似恒流源特性,即使微小的电流增加也会导致母线电压的急剧降低,而且电流的增加电压变化速率相比于电压降低的电压变化速率要小的多。