最大功率点跟踪英文文献翻译
最大功率点跟踪(MPPT)技术简介
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内容
• MPPT介绍 • MPPT工作原理 • MPPT优点 • MPPT算法简介
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MPPT工作原理
太阳能光伏阵列的输出特性具有非线性的特点，并且输出受太阳幅 照度，环境温度和负载影响，只有在某一输出电压值时，光伏阵列 的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了输出 功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点（MPP-maximum power point）。为了提高太阳能转化效率，就必须使系统保持运 行在PV面板最大功率点附近。
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MPPT优点
MPPT控制器可以智能调节太阳能 发电板的工作电压，使太阳能板始 终工作在V-A特性曲线的最大功率 点。 比较普通太阳能控制器，对太 阳能板发电功率的利用率提高了 10—30%
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• MPPT概述
最大功点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)系统是一种 通过调节电气模块的工作状态，使光伏板能够输出更多电能的电气系 统，能够将太阳能电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中，可有 效地解决常规电网不能覆盖的偏远地区及旅游地区的生活和工业用电， 不产生环境污染。光伏电池的输出功率与MPPT控制器的工作电压有 关，只有工作在最合适的电压下，它的输出功率才会有个唯一的最大 值。
光伏电池的输出功率与mppt控制器的工作电压有关只有工作在最合适的电压下它的输出功率才会有个唯一的最大复旦大学内容mppt算法简介复旦大学mppt工作原理太阳能光伏阵列的输出特性具有非线性的特点并且输出受太阳幅照度环境温度和负载影响只有在某一输出电压值时光伏阵列的输出功率才能达到最大值这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点称之为最大功率点mppmaximumpowerpoint
太阳能光伏特性最大功率点翻译
0. INTRODUCTIONSThe research on the solar battery photovoltaic output characteristics has an important significance in some aspects, such as in – depth exploration of photovoltaic power generation mechanism and the development of the application of solar energy technology. Analyzing the change of parameters ,such as diode ideal factors（A）、series resistor（Rs）and shunt resistance（Rp）,has an effect on the photovoltaic output characteristics ,and then research the change law of the photovoltaic output characteristics under any light intensity (light intensity) and environment temperature (environment temperature),which plays a guiding role for improving the utilization of solar energy methods and the development of a more efficient energy conversion device [1].At present, the equivalent circuit which contains diode and the Series-parallel resistance is a more accurate photovoltaic output characteristic mechanism model. But, as the strong light and temperature changes, the A, Rs and Rp changes. The Model is a nonlinear function with the parameters changes. It is difficult to solve the model parameters and calculate the maximum power point directly. What’s more, most of the existing documentation methods are the use of standard test conditions data provided by manufacturer, through simplifying photovoltaic characteristics equation approximately, only can solve model parameters under standard test conditions simultaneously, can’t beextended to arbitrary light intensity and temperature conditions [2-3].Through analyzing A, Rs, Rp parameters which affect photovoltaic output characteristics law, this paper gives a method based on parabola extreme point to solve out maximum power point directly . Then, using maximum power point calculation process data, we build photovoltaic characteristics model parameters to solve out equation, obtain photovoltaic characteristic curve under arbitrary light intensity and temperature. Finally, aiming at the four types of solar batteries, we carry out experimental validation, error results get from calculation and analysis to prove the effectiveness of the methods.1. The analysis of model parameters affecting the photovoltaic output characteristicsIn the condition of light, solar battery photovoltaic output can be regarded as diode characteristic approximately. With the voltage changes, the current changes exponentially, we can get the relationship between the current and voltage of the output characteristics from literature[4], as is shown in equation （1）：()()-e1]s q U IR s AKTph o pU IR I I I R ++=--[ (1)In the equation, I: Output current (A), U: Output voltage (V), Iph: Light born current (A), Rs: Series resistance (Ω), Rp: Parallel resistance (K Ω), A: Diode ideal constant, Io: Diode reverse saturated leakage current (A),q: charge quantity, K: Boltzmann constant, T: Environment temperature (℃).Under the short circuit conditions, U = 0 ，I = Isc ，because the low voltage can not reach the diode turn-on voltage, the current is tiny, so that sc ph sc s pI I I R R =-;Under the open conditions, U = Uoc ，I = 0 ，Thereis()(e1)ocqU AKTo ph oc p I I U R =--[5-6]. According to short and open conditionscircuit, we can get (2)-(3):(1)ph sc s P I I R R =+(2)()oc qU oc sc sAKTo sc pU I R I I eR --=-(3)Arrange (1)-(3),both sides of the equation multiply the output voltage simultaneously, we can get P-U output characteristic equation that only contains A, Rs and Rp parameters ，as shown in (4) and get the regular that the parameters affect the P-U curve ,as shown in figure 1.Fig.1 Influence results between model parameters to P-U characteristic curvesThe analytical result of figure 1 shows that open circuit voltage Uoc affects the endpoint location of P-U characteristic curve, ideal constant A of diode affects the curvature of the curve, series resistance (Rs) affects the rake ratio of the end segment of curve, and parallel resistance (Rp) affects the rake ratio of the initial segment of the curve. The photovoltaic array is made up of the parallel battery unit series, and the A, Rs and Rp parameters also has the characteristics of series and paralleling, this article only researches the sampling process of the battery unitparameters.According to the equivalent circuit characteristics, we define the parameters range that A ∈ [1, 2], Rs, ∈ [0, ∞] Rp ∈ [∞, 0] under the limit state. we substitute the Isc and Uoc, and the upper and lower limit data of the model parameters into (4), then can get P-U boundary curve, as is shown in dotted line of figure 2, the solid part of the line are the P-U curve under any A, Rs and Rp parameters conditions, and that it must be included in the boundary curves.Fig.2 Boundary sketch including P-U characteristic curves with mutative modelparameters2. Direct calculation of the maximum power point under any light intensity and environment temperatureThis paper uses parabolic extremal solution, get the maximum power point data that under any light intensity and environment temperature[7-8], ①Through detecting the current open circuit voltage and short circuit current, we can solve out the maximum power point of the two border P-U curves; ②basing on up per and lower boundary curve ‘s reference voltage and through defining step length, we can define 2 ～3 point near current maximum power point, and detect its output power;③Making use of three voltage/power data, we can solve the parabolic equation parameters and the extreme points, and obtain the current maximum power point finally. It is the key to ensuring the effective application of this method to prove that the part of P-U curve near the maximum power point meets the parabolic characteristic and parabolic extreme points is the maximum power point. Figure 3 depicts the process that P-U characteristic curve defines the step length under arbitrary A, Rs and Rp.(a)The process that amorphous silicon with arbitrary model parameter P-U characteristic curve(b)The process that crystalline silicon with arbitrary model parameter P-Ucharacteristic curveFig.3 Defines step of P-U characteristic curves with arbitrary model parametersBecause (4) is the implicit function equation that P is on U, In order to get the maximum power points (P and P* )of the two boundary curves, we lead into Lambert W function to convent the (4) into explicit equation ,then solve out the results. Lambert W function isexp()ax b cx d +=+, and the analysis resolution is1[exp()]b c ad cb x W a c a a -=---therefore, through transforming (4), we can get2[()]()sc s p s psUI R R U AKTUP W Y R R qR +-=-+(5),In which[()]()()()[()]exp{}()s sc s p oc s p s p oc s sc s p s p qR I R R U Y AKT R R q R R U U qR U I R R AKT R R +-=++---++So ，in the maximum power point hasmU U dP dU == ,thus ,obtain maximumpower point voltage, as is shown in(6)[]()[1()]2[1()]()s sc s p m m s m p m qR I AKT R R W Y U qR W Y qR W Y -++=++(6)Aiming at the #1and #2 boundary curves in figure 3，substitute Isc 、Uoc 、A 、Rs and Rp ,we can get the maximum power point Pm(P and P*)of the boundary curves and voltage Um （U Q and U O *）,as is shown in tableTable 1 Calculation results of model parameters and maximum power pointcurveI sc /MA U oc /V A R s /Ω R p /Ω U m /VP m /MW1#upper boundary curve35.300.5881∞0.51 17.14 1#lower boundary curve 2 ∞0.25 0.85 2#lower boundary curve 33.32 0.4491 0∞0.37 11.28 2#lower boundary curve2∞0.230.50Considering the difference of battery unit materials ，the maximumpower points of various types of P-U curves may be in two sides of *PPin figure 3, in order to guarantee the point beside the maximum power point and a part of the curve accord with the characteristic of parabola ，according to reference voltage U Q , give the step length definition algorithm ,shown as follows: owing to the characteristic of triangle has**()Q Q O Q O P P U U U U P P--=-- therefore, define the step length of point voltageas[()]0,1,2,3step Q Q O n mU U U U nm -=--=±±±in which ，n is the number of Partitionrange, m is the number of quasi acquisition power point.According to the experience ，we can determine the n ，make the lesser range curve beside the maximum power point accord with the characteristic of parabola. If m is zero, the point is in the segment *PP .Ifm is positive number ，the point is on the right of the segment*PP ，oron the left. In the light of the part P1Q1～P3Q3 of the real P-U curves in figure 3,take advantage of (7) to define the step length, in order to get three groups data of power point closed to the maximum power point . Then build parabola equation and solve the ratio of the equation. Through checking whether maximum power point is in parabola or not，we prove that the curve near the maximum power point accord with the characteristic of parabola. Results is shown in figure 4.Fig.4 Demonstration results of P-U curves fit on parabolic curve characteristicas figure 4 shows that three groups of power point data defining the step length meet the parabolic equation, and the maximum power point is in the parabola, therefore we can prove that the curve near the maximum power point accord with the characteristic of parabola. Besides because P-U characteristic curve in the maximum power point meetsmU U dPdU == .Parabolic equation in extreme point meets20dyax b dx=+=.So, extreme point of the parabola is the maximum power point of P-U characteristic curve. Therefore, making use of the three power point data(Um,1, Pm,1)、(Um,2, Pm,2) and (Um,3, Pm,3) got from defining the step length ,we can solve out the ratio (a,b,c) of the parabola ,then solve out the extreme point of the parabola and acquire maximum power point(Um, Pm) under the intensity of light and the environment temperature at present.3. Solving out the model parameter of the solar photovoltaic output characteristicBecause maximum power point accords with the characteristic of equation P-U, so we can get (8) from (4):22()()()m m m s oc m mm s sc s p mq U P R U U AKTU oc m sc s p m U P R I R R U U U I R R U e+-+-+=-+ (8)According to the solar photovoltaic output characteristic ， the maximum power point has 0mU U dP dU ==.We can get equation(9)fromfirst-order derivative of(4),2()22()()m m s oc m mmq U P R U U oc sc s sc p AKTU m s p mm s q U I R I R eAKTP R R U P R U +---+-=-(9).The data of checking point near the maximum power point not only accords with the characteristic of P-U, but also meets parabola equation. Therefore, according to 1()2m U U dP d UI dII U aU b dUdU dU===+=+, we can get (10)shown as follows:,11,1,1,1()()2ps p s sc m m m m m AKTR qR AKT q R R I I U U aU b I +++--=-+-(10)According to equation(8),(10), besides short circuit equation(2) and open circuit equation(3), we construct 5 closed algebraic equation containing the Iph ,Io, A, Rs, and Rp parameters, then through making use of Isc, Uoc ,(Um,1, Pm,1) acquired from testing and four groups of the maximum power point data acquired from calculation by parabola method, we can solve out the model parameter of the solar photovoltaic output characteristic under the arbitrary intensity of light and environment temperature, shown as follows (11)},1,1,1,1,1,1,1,1(1)()()ln[()](()())[(()1)][(2)][()](2)[()ocph sc s P qU oc sc s AKTo sc p m m s oc sc m sc sm m oc m m m s m th s sc m m p m m th s sc m I I R R U I R I I e R A U I R V K T I I I R U W Z U W Z U W Z I aU b I R U AV R I I U R aU b I AV R I I -=+-=-=+⨯-⨯-=-⨯+⨯+⨯+-++--=-+-+-,1,1]()]m sc m U I I ⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪+-⎪⎩(11)In whichth KTV q =[()])]m sc m sc m sc Z I I I I I I =--4. Experimental verification and error analysisMaking use of four kinds of actual measurement data of solar battery unit provided by literature [10-13] ,besides adopting the method put forward by this text ，we can solve out the maximum power point and model parameter ,then checking their reliability and effectiveness. Literature data, maximum power point and calculation results of characteristic parameters of four kinds of Solar batteries in standard test conditions (G=1000W/m2, T=25℃) is shown in Table 2.Table 2 calculation results of characteristic parameters with standardnSe 51 63 2 54 62 0-10 18 8 15 a-SiC 27.10.54824.480.44023.720.43727.164.87×10-91.380.55231.56SiO 216.80.51614.30.40514.530.40016.861.99×10-81.481.38356.21 Through analyzing the results of table 2, we can know that the actualmeasurement data of literature ties better in with maximum power point acquired from calculating by the method of this text. The change impact of light intensity and in the nonstandard intensity of light and environment temperature conditions reflects the change of solar photovoltaic characteristic curve most obviously; it also affects the five model parameters. In the light of four kinds of solar battery unit, we solve out I-U characteristic and model parameters in the nonstandard conditions. The calculation results as shown in Table 3，Simulation and analysis of the change regularity as shown in Figure 5Table 3 Calculation results of characteristic parameters with non-standard conditionsSiliconIsc/m A Uoc/VIm/mAUm/VIph/AIo/A ARs/ΩRp/Ω20.29 0.548 18.44 0.452 20.3 6.67×10-1 1.20.42 736.823.32 0.49621.51 0.391 23.33 1.13×10-81.430.25896.3629.27 0.51926.17 0.429 29.34 3.36×10-91.260.36924.2225.22 0.51823.30 0.413 25.23 5.10×10-91.310.29609.12CulnSeIsc/m A Uoc/VIm/mAUm/VIph/AIo/A ARs/ΩRp/Ω19.40 0.419 17.47 0.33219.41 2.97×10-81.220.42823.1526.59 0.37624.37 0.288 26.61 6.26×10-81.130.51956.3924.53 0.35622.64 0.265 24.55 7.32×10-81.090.65789.5431.00 0.33527.22 0.240 31.04 1.57×10-61.320.73599.87a-SiCIsc/m A Uoc/VIm/mAUm/VIph/AIo/A ARs/ΩRp/Ω23.29 0.520 20.25 0.430 23.3 1.41×10-8 1.40.47 431.516.10 0.437 14.31 0.33516.11 1.99×10-71.510.35605.7518.30 0.41815.95 0.314 18.32 4.13×10-71.530.38379.4225.30 0.35720.38 0.276 25.32 4.49×10-61.620.22254.75SiO2Isc/m A Uoc/VIm/mAUm/VIph/AIo/A ARs/ΩRp/Ω9.58 0.476 8.27 0.371 9.60 4.18×10-81.46 0.09656.2110.38 0.4358.72 0.329 10.41 2.41×10-71.60.24409.7615.10 0.45212.92 0.345 15.14 1.80×10-71.560.13432.0712.50 0.41710.68 0.306 12.55 2.82×10-71.530.35374.95Through analyzing the results of table 3 and figure 5, we can know that the actual measurement data of literature ties better in with mode calculation curve. As to four I-U curves of all kinds of solar battery units, all the measured data points have : relative error =| theoretical result -- the actual measurement data of literature | ／the actual measurement data of literature. Calculate voltage error is based on standardized current, and its maximum result is regarded as voltage maximum error, otherwise, give the maximum current error. In table 4 are the Silicon, CulnSe, a-SiC and SiO2 solar cell unit error analysis results.Table 4 Error analysis between calculation results and literature data for solar cellsnumber Silicon CulnSe a-SiC SiO2maximumerror voltage current voltage current voltage current voltage current① 1.95% 1.75% 1.84% 1.51% 1.98% 1.65% 1.32% 1.76% ② 1.54% 1.59% 1.98% 1.49% 1.49% 1.23% 1.84% 1.43% ③ 1.8% 1.47% 1.95% 1.86% 1.58% 1.43% 1.99% 1.23% ④2.0%1.60% 1.90% 1.77% 1.82% 1.32% 1.74% 1.42%Through analyzing the results of table 4, the actual measurement data of literature ties better in with theoretical curve, all the error is below 2%.The main reason why causing error are: ①when structuring parameters to solve out the equation set, Io is regarded as zero approximately in equation (2)The solar photovoltaic t characteristic beside short circuit point can be approximated as a constant current source under short circuit conditions. ②e1eococ qU qU AKTAKT-≈③On the maximum power point, we regard the curve as parabolic characteristic approximately. Above all the approximations, through the theoretical analysis, it is reasonable. The error results show that it is within the range of permission, it can satisfy the engineering precision requirement.5. ConclusionsThrough analyzing the parameters of diode ideality factor, series resistor and a shunt resistor, this text puts forward a method based on parabola extreme point to solve out the maximum power point for the regularity of solar photovoltaic output characteristic; in addition we construct photovoltaic model parameters to solve the equation set. According to results acquired from comparing theoretical arithmetic with the actual measurement data of literature and error analysis results , we prove the method's validity and accuracy, after further simplify the calculation process and steps, it can satisfy the engineering precision requirement.。
电力系统中的最大功率点追踪算法优化研究
电力系统中的最大功率点追踪算法优化研究电力系统是现代社会中至关重要的基础设施，能源的高效利用一直是一个研究热点。
最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）算法作为一种能够提高光伏发电系统效率的技术，一直受到学术界和工业界的广泛关注。
本文拟进行电力系统中的最大功率点追踪算法优化研究，旨在提出更加高效且可靠的算法，从而进一步提升电力系统的发电效率。
首先，我们需要了解最大功率点追踪算法的基本原理。
在光伏发电中，光照强度的变化会导致光伏电池的工作电压和电流发生变化，进而影响到系统的输出功率。
最大功率点追踪算法的目标就是使得光伏发电系统能够根据光照强度的变化，实时调整工作电压和电流，以保证系统输出功率始终接近于最大功率点。
常见的最大功率点追踪算法有全局搜索法、开环扫描法、模拟频率鼠标追踪法等。
然而，现有的最大功率点追踪算法仍然存在一些问题和挑战。
首先，传统的算法通常以固定的步长进行搜索，而不能根据光照变化的情况来灵活调整步长，因此可能存在追踪速度慢、精度不高等问题。
其次，并不是所有的算法都能适应不同光照环境下的最大功率点追踪，一些算法在部分光照条件下可能会失效。
此外，传统算法对于噪声信号的干扰比较敏感，容易导致功率点追踪不稳定。
因此，优化最大功率点追踪算法以解决这些问题显得尤为重要。
为了优化最大功率点追踪算法，在本文中我们提出了一种新的增量阻抗算法。
该算法通过分析光伏电池的电流和电压特性曲线，根据最大功率点的特点来确定阻抗的调整方向和步长。
与传统的固定步长搜索算法相比，该算法能够更加有效地追踪最大功率点，提高系统的效率。
此外，该算法还具有较快的响应速度和较高的稳定性，能够适应不同光照环境和不同负载条件下的功率点追踪。
在实验部分，我们以光伏发电系统为例，对比了提出的增量阻抗算法与传统的P&O算法（Perturbation and Observation）和模拟频率鼠标追踪法的效果。
光伏系统中最大功率点跟踪方法的研究概要
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第４３卷第ｌｌ期２００９年１１月电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶ０１．４３Ｎｏ．１１Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００９光伏系统中最大功率点跟踪方法的研究郭勇，孙超，陈新（南京航空航天大学，江苏南京２１００１６）摘要：在光伏发电系统中．光伏电池的最大输出功率取决于温度和光照条件，采用最大功率跟踪（ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ，简称ＭＨＴ）方法可以使光伏电池持续输出最大功率。
研究了光伏系统中的最大功率控制部分，提出了ＭＰＰＴ控制器的设计，介绍了几种常用的ＭＰＰＴ方法，其中重点研究了电导增量（ＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＣｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ，简称ＩＮＣ）法。
给出了ＩＮＣ法的软件流程的设计，并在Ｍａｔｌａｂ中建立了光伏电池的仿真模型。
最后通过实验验证了ＭＰＰＴ控制器的可行性，其ＭＰＰＴ的响应速度和控制精度均达到了预期要求。
关键词：太阳能发电；光电池／最大功率点跟踪中图分类号：ＴＭ６２５文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１００Ｘ（２００９）１１－００２１—０３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭａｘｉｍｕｍ（ＮａｎｊｉｎｇＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇＭｅｔｈｏｄｆｏｒＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｙｓｔｅｍＧＵｏＹｏｎｇ。
ＳＵＮＣｈａｏ。
ＣＨＥＮＸｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｉａｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇａｒｅ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）ｔｏＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ（ＭＰＰＴ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｄｅｐｅｎｄｓｏｎｕｓｅｄｉｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｓｍａｘｉｍｉｚｅｔｈｅｐｈｏｔｏ－ｐａｎｅｌｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｉｒｒａｄｉａｎｅｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｐａｒｔｏｆｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔ（ＭＰＰ）ｆｏｒｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．ＴｈｅｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＭＰＰＴｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｓｏｍｅＭＰＰＴｍｅａｎｓｆｏｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｅｌｌａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ（ＩＮＣ）．ＴｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｆｌｏｗｃｈａｒｔｉｓａｎｄｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃｃｅｌｌｍｏｄｅｌｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｃｒｅａｔｅｄｉｎＭａｄａｂ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈｅｓｐｅｅｄａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｅｅｔｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｅＭＰＰＴｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｔｈｅｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｅａｒｒａｙ，ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ１引言随着时代的发展，人类对能源的需求越来越多，然而煤、石油、天然气等传统能源是有限的，只有开发新能源才是解决能源问题的根本。
光伏系统最大功率点跟踪算法的研究
光伏系统最大功率点跟踪算法的研究摘要最大功率点跟踪系统对提高光伏系统整体工作效率具有重要作用。
在对比分析登山算法及三点比较算法各自特点的基础上，本文提出了一种兼顾跟踪效率和精度的改进算法。
关键词光伏系统；最大功率点跟踪；算法Research of Tracking Algorithm of Maximum Power Point for Photovoltaic SystemWANG XuDepartment of Physics and Information Engineering,Huaihua University,Huaihua 418008Abstract The maximum power point tracking (MPPT) symtem is important for improving the efficiency of the photovoltaic system.In this paper,on the basis of comparative analysis characteristics of mountain climbing algorithm and three point algorithm,a improved algorithm is proposed to cover tracking efficiency and accuracy.Keywords photovoltaic system; tracking algorithm of maximum power point; Algorithm0 引言面对传统能源的日益枯竭以及自然环境的不断恶化，人类急需寻找一种环保、低碳、可再生利用的清洁能源，以降低对传统能源的依赖。
在众多新能源中，太阳能因其储量丰富、分布广泛、清洁环保而备受人们关注。
在太阳能的利用方式中，光伏发电是最有效也是目前应用最为广泛的方式之一。
太阳能电池最大功率跟踪控制的研究_英文_
R eceived date: 2010 03 28; R ev ised date: 2010 05 25; * . Corresponding author, E m ai:l zhaoyu1988@ gm ai.l com B iography: ZHAO Y u ( 1988 ) , fem ale, nat ive of La iyang of Shandong, M aster, specialization in electrical eng ineering.
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信阳师范学院 学报: 自然科学版 第 23卷 第 4期 2010年 10月
DO I: 10. 3969 / .j issn. 1003 0972. 2010. 04. 030
Journa l o f X inyang N orm a lU niversity N a tural Science Ed ition V o .l 23 N o. 4 O ct. 2010
F ig. 2 S ch em at ic of a b uck boost conver te r 图 2 升降压斩波器原理电路图
储能电池组系统模块最大功率点跟踪算法研究
储能电池组系统模块最大功率点跟踪算法研究储能电池组系统的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）算法是提高储能系统效率的关键技术之一。
随着可再生能源的普及和储能技术的发展，储能系统的需求日益增长。
在实际应用中，如何有效地跟踪和控制储能电池组系统的最大功率点，成为提高系统运行效率和延长电池寿命的重要课题。
首先，需要了解储能电池组系统及其最大功率点跟踪原理。
储能电池组系统由多个电池模块组成，每个电池模块又包含多个电池单体。
电池单体的特性曲线通常呈现非线性的V-I（电压-电流）特性，且每个电池单体的特性存在一定的差异。
电池组系统通过串联或并联多个电池单体来提高电压和容量，进而满足储能需求。
储能电池组系统的最大功率点跟踪算法主要是通过调整电池组系统电流和电压之间的关系，以获取最大功率点。
最大功率点通常位于电池特性曲线的斜率为零的位置，即功率对应的电流和电压满足一定的关系。
常见的储能电池组系统模块最大功率点跟踪算法包括Perturb and Observe（P&O）算法、Incremental Conductance（INC）算法和模糊控制算法等。
这些算法在实际应用中各有优劣，需要根据实际情况选择合适的算法。
P&O算法是最为简单且常用的最大功率点跟踪算法之一。
该算法通过不断调整电压或电流，以观察功率变化的趋势来寻找最大功率点。
其原理是在不同的电压和电流值下，比较该点与上一个点的功率差异，向功率增加的方向调整，直到达到最大功率点。
然而，P&O算法在动态性能和稳定性方面存在一定的局限性，容易受到光照变化的影响，导致功率跟踪不稳定的问题。
INC算法是P&O算法的改进版本，能更好地适应不同光照条件下的最大功率点跟踪。
INC算法基于电流的导数来推断功率的变化趋势，并相应地调整电压。
相比于P&O算法，INC算法更加精确和稳定。
但是，INC算法对电池模型的要求较高，在电池参数变化较大时，可能导致跟踪不准确的问题。
光伏行业英文翻译
大气质量（AM）Air Mass (AM)直射阳光光束透过大气层所通过的路程，以直射太阳光束从天顶到达海平面所通过的路程的倍数来表示。
当大气压力P=1.013巴，天空无云时，海平面处的大气质量为1。
在任何地点，大气质量的值可以从以下公式算出：大气质量=其中，P为当地的大气压力，以巴表示。
Po 等于1.013巴θ为太阳高度角AM1.5条件AM1.5 condition系指在大气质量为1.5时，标定地面用太阳电池所规定的测试光源的辐照度和光谱分布（其中包括大气浑浊度、沉积水蒸气含量，臭氧含量等一组条件）。
太阳高度角solar clevation angle太阳光线与观测点处水平面的夹角，称为该观测点的太阳高度角。
辐照度irradiance系指照射到单位表面积上的辐射功率（W/m2）。
总辐照（总的太阳辐照）total irradiation (total insolation)在一段规定的时间内，（根据具体情况而定为每小时，每天、每周、每月、每年）照射到某个倾斜表面的单位面积上的太阳辐照。
直射辐照度direct irradiance照射到单位面积上的，来自太阳圆盘及其周围对照射点所张的圆锥半顶角为8o的天空辐射功率。
散射辐照度diffuse irradiance除去直射太阳辐照的贡献外，来自整个天空，照射到单位面积上的辐射功率。
太阳常数solar constant在地球的大气层外，太阳在单位时间内投射到距太阳平均日地距离处垂直于射线方向的单位面积上的全部辐射能，称为太阳常数，常用毫瓦/厘米2或瓦/米2来表示。
环境温度ambient temperature是光伏发电器周围空气的温度。
在一个通风而能避开阳光，天空和地面辐射的箱体内测量。
电池额定工作温度nominal operating cell temperature系指在辐照度为800Wm-2、环境气温20℃，风速Lms-1，电气开路在中午时太阳光垂直照射于敞开安装的框架，这个标准参考环境中，组件内太阳电池的平均平衡温度。
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(1)
其中，V 和 I 分别表示光伏系统的的输出电压和电流；Rs 和 Rsh 分别是串联和并联电阻，q 是电子电荷；Isc 是光生电流；Io 是反向饱和电流，n 是一个无量纲的系数，k 是玻尔兹曼常 数，Tk 是确定的开式温度。 通过计算机模拟公式(1)，可以得到太阳能电池的输出特性，如图 2 所示。该曲线清楚 地表明，太阳能电池的输出特性是非线性的，并且由太阳辐射、温度和负载决定。每一条曲 线都有一个 MPP，在这个 MPP 上，太阳能电池阵列的工作效率最高。
图 9 65℃下情况 A 和 B 的伏安特性曲线
图 10 65℃下情况 A 和 B 的 V-P 曲线
图 11 光伏阵列的输出电压和电流 （太阳能变化从 A 到 B）
图 12 光伏阵列的输出电压和电流 （太阳能变化从 B 到 A）
图 13 太阳能量密度以相同的速率均匀地从 0 变化到 B，最后到 A，然后下降至 B， 最后到 0 的电压、电流和功率的波形
(4)
由公式(4)可以得到，当负载（Rout）固定时，可以通过改变占空比来控制输入阻抗 Rin。 因此，太阳能电池的工作点可以通过占空比来控制。 对于不同的实验情况， 设立模拟的太阳光源比较在相同的环境条件下的结果。 图 8 展示 了最大能量为 32.68mA/cm2 的模拟太阳光源的配置。
图 6 太阳能光伏发电系统的配置
图1
PV 阵列的等效电路
图 2 太阳能电池的伏安特性曲线
3 最大功率点跟踪
如第一部分所提出的几种跟踪 MPP 的技术。 P&O 法和 IncCond 法这两种算法通常用于 跟踪 MPPT。因为 P&O 法容易实现，所以已被广泛使用。图 3 给出了 P&O 算法的控制流程 图。通过周期性地递增或递减太阳能电池阵列电压实现 MPP 跟踪。如果给定一个扰动导致 PV 的输出功率增加（减少） ，那么随后在相同（相反）的方向上产生扰动。如图 3 所示， 设
Vout 1 Vin (1 D)
(2)
其中 Vout 和 Vin 是该变换器输出电压和输入电压，D 是开关 S 的占空比。如果是理想变换 器，则变换器的输入功率等于它的输出功率，从而得到下面的等式。
Iout Iin *(1 D)
Rin
(3)
Vin Vout (1 D) 2 Rout (1 D) 2 I in I out
图 7 升压变换器电路
图 8 模拟太阳光源的配置
6 仿真结果
用所描述的方法开发的原型的 MPPT 系统，已经在实验室中进行测试。该光伏阵列在 太阳能量密度为 1 kW/m2 和温度为 25℃的情况下， 具有的最大功率为 75W、 开路电压为 21V 和 4.6A 的闭路电流。该光伏阵列模拟了两种不同的太阳能量密度以测试系统在特定的大气 条件下的运行情况，分别是 32.68 mA/cm2（情况 A）和 12.49 mA/cm2（情况 B） 。图 9 和图 10 描述的是两种情况在 65℃条件下的 V-I 和 V-P 曲线。 图 11 和图 12 给出了输出电压（CH1）和电流（CH 2）的波形。在图 11 中，太阳能量 密度从 A 到变化到 B。 在图 12 中， 太阳能量密度从 B 变化到 A。 在 A 情况中， MPP 为 13.65 V，3.76 A 和 51.324 W。而在情况 B 中，MPP 为 16.14 V，1.32 A 和 21.305 W。应当注意的 是，由图 11 和图 12，可以得知一个光伏阵列的工作点在两种不同的情况下是不同的。 图 13 展示了在太阳能量密度以相同的速率均匀地从零增加到 B，最后到 A，然后再减 小到 B，最后到零的情况下，电压（CH1） ，电流（CH 2）和功率（CHM）的波形。图 13 揭示了电压和电流的变化率的不同。在开始时，PV 的电压随着太阳能量密度增加而迅速增 加， 但电流变化较缓慢。 随着太阳能量密度地进一步增大， 电压变化缓慢， 而电流迅速增加。 当温度增加时，电压降低。这些趋势都符合太阳能电池的特性。 图 14 展示了太阳能量密度慢慢从 B 增加至 A 时的 V-I 轨迹曲线。图 15 展示了当太阳 能量密度慢慢从 0 增加至 A 时的 V-I 轨迹曲线。图 16 给出了当太阳能量密度从 B 快速增加 至 A 时的 V-I 轨迹曲线。图 14 至图 16 表明，无论光通量怎么变化，都能良好地跟踪输出功 率点，并保持在 MPP 上。
置任务列表表示太阳能电池阵列电压的扰动， 任务+和任务-分别表示随后的扰动在相同或相 反的方向。
图 3 P&O 算法流程图
4 三点重心比较法
P&O 算法只比较两点，即当前操作点和随后的扰动点，并观察它们的功率变化，以决 定是否增加或减少太阳能电池阵列的电压。P&O 算法会在 MPP 附近产生振荡，尤其是在太 阳辐射快速改变的情况下，从而导致光伏发电的能量损失。因此，提出三点重心比较法， 是 为了避免当太阳辐射快速变化，或有干扰及发生数据读取错误时，操作点迅速移动的问题。 经重列，当太阳辐射稳定时，MPPT 可被准确地跟踪，并且功率损失较少。 三点重心比较算法通过扰动太阳能电池阵列终端电压和比较 PV 输出功率 V-P 曲线上的 三个点实现周期性运行。这三个点是当前操作点 A、由 A 振荡而得到的点 B、由 B 点在相 反方向上加倍扰动而得到的点 C。图 4 列出了九个可能的情况。在这些情况中，对于点 A 和 B 来说，如果 B 点的功率大于或等于 A 点，这种情况得到一个正的加权。否则，该情况 得到一个负的加权。同样，对于点 A 和 C 来说，当 C 点的功率比 A 点小时，这种情况得到 一个正的加权。否则，该情况得到一个负的加权。在这三个测量点中，如果两个带正加权， 那么变换器的占空比应该增加。反之，当两个带负加权，该变换器的占空比应该减少。在一 正一负权重的情况下，MPP 已经达到或太阳辐射已经迅速改变，这时占空比应该保持不变。 图 5 给出了三点重心比较算法的流程图 。
光伏发电系统的最大功率跟踪
摘要： 由于太阳能光伏发电系统供给的电能取决于太阳辐射和温度。 设计高效的光伏系统的 重点在于跟踪最大的功率工作点。 这项任务发展出一种新的三点重心比较法， 该方法可以避 免用于跟踪最大功率点的扰动观测算法所带来的振荡问题。 此外， 基于单个芯片调整太阳能 电池阵列的输出电压，开发低成本的控制单元。最后，实验结果验证了该方法的优越效果。
图 4 三个扰动点的可能情况
图 5 三点重心比较算法
5 光伏系统的配置
图 6 展示了提到的光伏系统结构。 这个系统包括一个开路电压为 21V、 短路电流为 4.6A 的太阳能电池阵列（75 瓦） ，一个 A/ D 变换器和一个 D/ A 变换器，负载是一个 20 欧姆/100 W 的电阻，以及一个单芯片的控制单元。图 7 展示了升压变换器连接太阳能电池输出部分 的电路。通过改变开关的通/断占空比从而控制功率流。平均输出电压由公式(2)得出 。
关键词：光伏，扰动观察法，最大功率点跟踪
1 介绍
光伏发电(PV)作为一种可再生能源，正变得越来越重要，因为它具有诸如无任何燃料成 本、无污染、维护方便和无运行噪音等优点。因为光伏组件的转换效率相对较低，因此， 太 阳能电池阵列最大功率点跟踪的控制(MPPT)，在光伏系统中是必不可少的。 光伏发电量取决于该阵列的工作电压。一套光伏发电系统的最大功率点（MPP）随着太 阳光温度的变化而变化。从它的 V-I 和 V-P 特性曲线可以看出，系统在其中一个特殊的工作 点可以实现最大功率。在最大功率点，光伏系统的工作效率最高。因此，许多方法已被用来 实现最大功率点的跟踪。比如：Ibrahimm 和 Houssing 采用在微型计算机上查表的方法跟踪 MPP。Midya 等在光伏设备上应用动态的 MPP 跟踪器来实现跟踪。Enslin 和 Snymam 提出 了“扰动观察法”的概念（P&O） 。Koutroulis 等和 Hussein 等，提出增量电导（IncCond） 技术，从那以后，增强 IncCond 技术被提出。近来几项研究应用模糊逻辑来解决 MPP 跟踪 的问题。 在 MPPT 中，因为 P&O 技术容易实现，所以大部分控制模式使用 P&O 技术。但振荡 问题不可避免。本研究提出了一种扩展的 P&O 技术，即一种基于 8 位单片机控制单元的三 点重心比较法。 通过利用升压变换器来调节光伏系统的输出电压， 从而实现最大功率点的跟 踪。对该光伏系统及 MPPT 算法进行了模拟和仿真，并进行了实验研究。 本文的其余部分安排如下。 第二部分介绍光伏发电系统的基本原理。 第三部分和第四部 分分别描述了传统的 P&O 算法和三点重心比较法。第五部分给出了所提出的光伏系统的配 置。第六部分通过图表对实验结果展开讨论。最后一部分是本文的结论。
图 14 太阳能量密度慢慢从 B 增加至 A 时的 V-I 轨迹曲线
图 15 太阳能量密度慢慢从 0 增加至 A 时的 V-I 轨迹曲线
图 16 太阳能量密度从 B 快速增加至 A 时的 V-I 轨迹曲线
7 结论
本文提出了一个关于 MPPT 的强大算法。并且，提出三点重心比较法是为了避免传统 的 P&O 算法中的振荡问题。这项工作同时还研究出了一种低成本的硬件系统。该系统包括 一个升压变换器和一个微控制器芯片单元， 该芯片单元根据所测得的光伏阵列的输出功率直 接控制变换器。实验测试验证了跟踪效率。
2 数学模型
PV 阵列的构建块是太阳能电池，这基本上是一个 PN 半导体结，如图 1 所示。太阳能 电池阵列的 V-I 特性由下列方程给出。
q(V RS I ) V RS I I ISC IO exp 1 Rsh nkTk