第3章_太阳能光伏发电最大功率点跟踪技术
光伏发电系统最大功率点跟踪控制的研究
陕西理工学院学报 （ 自然科学版 ）
第２ ９卷
１ 改 进扰 动 观察 法 的原 理
光伏 电池输出的最大功率点是随着 日照的变化而变化的， 当１ ３ 照发生较大变化时 ， 需要光伏 电池能 够快速跟踪 日照变化。由于光伏电池在最大功率点时 ， 工作电流与短路电流成 比例关系， 通过测量光伏 电池的短路电流 ， 就可 以近似得到最大功率点的工作电流 ， 根据这个工作 电流 ， 快速调整光伏 电池的输 出功率 ， 使其接近最大功率点 。由于温度的变化 ， 使得短路 电流法的精确度较差 ， 因此下一步可采用扰
以看出， 这时电池并未工作在最大功率点 点， 要想使光伏 电 池在特性曲线Ｉ 上仍能输 出最大功率 ， 就需要通过对光伏 电池 的外部电路进行控制 ， 将其负载特性由负载曲线 １ 改变为负载 曲线 ２ ， 从而使光伏电池工作在最大功率点 Ｂ点… 。
扰 动观 察法 就 是 一 种 常 用 的最 大 功率 点 跟 踪 控 制方
２ ０ １ ３年 ８月 第２ ９卷第 ４期
陕西理工学院学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｍａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
［ 摘 要］ 针对扰动观察法的速度和精度在很大程度上受扰动初始值和扰动步长的影响 ， 且在
最大功率 点 附近存在 功率振 荡现 象等 问题 ， 提 出一种改进扰 动观 察 法。首先 当 日照 变化较 快 时， 利用短路 电流使输 出功率 能够快速跟踪 在 最 大功率 点 附近 ， 然后 采 用 可变步 长 的扰 动观 察 法使 光伏 电池稳 定在 最大功 率点 。通过 仿 真 实验证 明该 改进 方 法明显 缩短 了最 大功 率点 的跟 踪 时 间， 并且基本 消除 了功 率振 荡现 象 ， 提 高 了最大功 率点跟踪控制技 术 。
光伏发电系统最大功率点的跟踪方法研究
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｍ６１ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ — ５ （ ０ ９） ６ ０ ７ ２ ６ ２ ０ ４７ ２ ０ ０ —０ ８ —０
当今 社 会 能 源 日益 紧 张 ， 境 污 染 日趋 严 重 ， 阳 能 以 其 环 太 清 洁 无污 染 取 之不 尽 用 之 不 竭 的特 点 ， 来 越 受到 全 世 界 的 关 越 注。 光伏 电池 的输 出为 非 线性 特 性 ， 出功 率 受 工作 电压 、 照 输 光 强度、 负荷 状 态 和 环 境 温 度 等 因素 的影 响 ， 阳 能 电池 输 出 的 太 最 大功 率 点 时刻 都 在 变化 。 所 以在 实 际 应 用 中 ， 用 最 大 功 率 利
点跟 踪 技 术 提高 对 太 阳 能 的利 用 效 率 。 最 大 功 率 跟 踪 控 制 （ －ｈ ｘｍ ｍ ｐ ｗ ｒｐｉｔ ＭＰ ｔｅｍａｉ ｕ ｏ ｅ ｏｎ ｔ ｃ ｉｇ是 一 种 光伏 阵列 功率 点控 制 方 式 。 过 实 时检 测 光 伏 ｒ ｋｎ ） ａ 通 阵 列 的 输 出功 率 ， 用 一 定 的 控 制 算 法 ， 断 调 节 系 统 的 工 采 不 作 状 态 ， 跟 踪 光 伏 阵 列 的 最 大 功 率 点 ， 现 系 统 的 最 大 功 来 实
合法。
一
工作 时 ， 隔 一 定 的 时 间 用较 小 的步 长 改 变 太 阳能 电池 的输 出 每 电压 ， 向可 以是 增 加 也 可 以是 减 少 ， 检 测 功 率 变 化 方 向 ， 方 并 来 确 定 寻 优 方 向 ， 果 输 出 功 率 增 加 ， 么 继 续 按 照 上 一 周 期 的 如 那 方 向继 续 “ 扰 ” 否则 改 变其 扰 动 方 向 。其 算 法 流 程如 图 ２所 干 ， 示 ， （ ） （ ） 光伏 阵列 的 当前 输 出 电压 、 出 电流 ，（＿ ） Ｕ ｋ、 ｋ为 Ｉ 输 Ｐ ｋ １为 上 一 周 期 的采 样 值 。 由于 始 终 有 “ 扰动 ” 存 在 ， 的 系统 工 作 点 无 法 稳定 运 行 在 最 大 功 率 点 上 ， 能 在 最 大 功 率 点 附 近振 荡 运 行 ， 只 而振 荡 的 幅值 则 由步 长决 定 。 然 而 扰 动 步 长 如 果 过 大 ， 在 最 大 功率 点 附 近 则 的振 荡就 比较 大 ， 应 的功 率 损 失较 大 ， 相 但跟 踪 的速 度 快 ： 反 相
光伏发电最大功率跟踪技术研究
摘要： 对太 阳能 电池 的工作原 理及工作特性进行 介绍 ， 详细 分析太 阳能 电池工作 的等效 电路和数学模型 ； 介绍 了几 种最 大 功率点跟踪 的控制方法 ；分析光伏 并 网逆 变器 的控 制 目
示负荷 电阻； ， 表示负荷电流； 表示负荷 电压 。 Ｖ
标， 研究 其控制 策略 ， 并设计 了基于Ｓ ＷＭ的电压／ Ｐ 电流 型并
光生伏打效应 。所谓光生伏打效应 ， 就是当物体受 到光照时， 物体内的电荷分布状态发生变化而产生 电动势和电流 的一种效应。当太阳光或其他光照射
半导 体 Ｐ Ｎ 时 ， —结 就会 在Ｐ Ｎ 的两 边 出现 电压 ， —结 一
ｃ ｎｒｌｏ ｉｃｉｅ ｏ ｈ ｇｉ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｐ ｏｏ ｏｔｉ ｎ ｅｔｒ ｏ ｔｏ ｂ ｅｔ ｆ ｔｅ ｒ ｖ ｄ— ｏ ｎ ｃｅ ｈ ｔｖ ｌ ｃ ｖ ｒｅ ａ ｉ
以减少对煤炭 、 石油等传统能源的依赖 。太阳能是 当前世界上最有前景 、 最清洁 、 最现实 、 大规模开发
利 用 的可 再 生 能 源 之一 ｌ３ 太 阳能 光 伏 利 用 受 到 ｌ１ ＿。
世 界 各 国 的普 遍关 注 ， 太 阳 能光 伏并 网发 电是 太 而
般称之为光生电压 ， — 结短路时就会产生电流 ， 使Ｐ Ｎ 这种现象就是著名 的光生伏打效应 。
光伏电池最大功率点跟踪控制方法的对比研究及改进
光伏电池最大功率点跟踪控制方法的对比研究及改进摘要：光伏发电系统中光伏电池的输出特性具有唯一的最大功率点(MPP)，需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪(MPPT)。
文中分析了几种常见的最大功率点跟踪控制方法，对比分析了它们的优缺点。
针对MPPT控制方法中存在的启动特性较差、跟踪过程不稳定、精度不高等特点，采用一种改进爬山法，该法以恒定电压法作为启动特性及采用变步长进行跟踪控制，并利用Matlab/Simulink搭建了改进爬山法的MPPT控制模型，仿真结果验证该方法的有效性。
关键词：光伏发电;最大功率点跟踪;改进爬山法面对日益枯竭的化石能源和不断恶化的生态环境，人类需要进行第三次能源结构转换，从矿物能源向可再生能源转换，用可再生能源替代矿物能源，用无碳能源、低碳能源替代高碳能源[1]。
为降低对传统能源的依赖，世界对新型能源的重视越来越高。
太阳能是最具潜能的新能源形式之一，其中光伏发电是太阳能利用的有效方式之一。
光伏发电具有许多优点，如：安全可靠，无噪声，无污染，能量随处可得，无需消耗燃料，不受地域限制，规模大小随意，无需架设输电线路，可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是常规发电和其他发电方式所不可比拟的[1]。
在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，达到充分利用太阳能资源的目的，一个重要的途径就是实时调节光伏电池的工作点，使之工作在最大功率点附近，这一过程就称为最大功率点跟踪[2]。
1 光伏电池模型及输出特性1.1 光伏电池的数学模型在光照强度和环境温度一定时，光伏电池既非恒压源，也非恒流源，也不可能为负载提供任意大的功率，是一种非线性直流电源。
其等效电路如图1所示[1,3]。
图1中，UJ为PN 结电压，Id为光伏电池在无光照时的饱和电流，Id=Io{EU+IRS) nKT-1}.一个理想的太阳能电池，由于串联电阻RS很小，旁路电阻Rsh很大，所以在进行理想电路的计算时，它们均可忽略不计。
由图1的太阳能光伏电池等效电路得出：I=Iph-I0[eq(U+IRS) nKT -1]- U+IR R s sh(1)式中，I为光伏电池输出电流;I0为PN结的反向饱和电流;Iph为光生电流;U为光伏电池输出电压;q为电子电荷，q=1.6伊10-19 C;k为波尔兹曼常数，k=1.38伊10-23 J/K;T 为热力学温度;n为N结的曲线常数;Rs，Rsh为光伏电池的自身固有电阻。
基于改进模糊控制算法的光伏发电最大功率点跟踪技术研究
基于改进模糊控制算法的光伏发电最大功率点跟踪技术研究目录一、内容描述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状及发展趋势 (3)3. 论文研究目的与主要研究内容 (5)二、光伏发电系统基本原理及最大功率点跟踪技术 (7)1. 光伏发电系统基本原理 (8)1.1 光伏电池工作原理 (9)1.2 光伏电池数学模型 (10)2. 最大功率点跟踪技术概述 (11)2.1 最大功率点跟踪的必要性 (12)2.2 最大功率点跟踪技术分类 (13)三、模糊控制算法在光伏发电最大功率点跟踪中的应用 (14)1. 模糊控制算法基本原理 (16)2. 模糊控制算法在最大功率点跟踪中的具体应用 (17)3. 基于模糊控制算法的光伏发电系统仿真分析 (18)四、改进模糊控制算法研究 (20)1. 传统模糊控制算法的不足及改进方向 (22)2. 改进模糊控制算法设计 (23)2.1 模糊规则优化 (24)2.2 决策变量调整策略优化 (25)3. 基于改进模糊控制算法的光伏发电系统仿真分析 (27)五、实验验证与分析比较 (29)1. 实验平台搭建及实验方案制定 (31)2. 实验结果分析比较 (32)2.1 基于传统模糊控制算法的实验结果分析比较 (33)2.2 基于改进模糊控制算法的实验结果分析比较 (34)六、结论与展望 (35)1. 研究结论总结及贡献点梳理 (37)2. 研究不足之处及未来研究方向建议 (38)一、内容描述本研究旨在探讨和研究一种基于改进模糊控制算法的光伏发电最大功率点跟踪技术。
随着可再生能源的迅速发展，光伏发电因其清洁、高效和可再生的特点，在全球能源结构中占据了越来越重要的位置。
然而，太阳能电池板在实际应用中受到光照强度、温度变化等因素的影响，其输出功率会随环境条件的变化而变化，导致实际发电效率降低。
最大功率点跟踪技术是提高光伏发电系统性能的关键技术之一，其目的是使太阳能电池板始终工作在其最大功率点的算法因其良好的动态响应能力和鲁棒性而在工程中广泛使用。
光伏系统的最大功率点跟踪控制方法研究
光伏系统的最大功率点跟踪控制方法研究光伏系统的最大功率点跟踪（MPPT）控制方法是为了最大化太阳能电池阵列的输出功率而设计的一种控制策略。
光伏系统的输出功率与太阳辐射强度、温度和负载电阻等因素有关，而最大功率点则是指在特定时刻下能够实现最大输出功率的工作点。
1. Perturb and Observe （P&O）方法: 这是一种最常见和简单的MPPT控制方法，它通过连续微小的施加扰动来改变系统工作点，然后观察输出功率的变化情况。
如果输出功率增加，则继续在同一方向施加扰动，直到输出功率开始减少为止。
通过周期性的扰动调整，系统最终能够找到最大功率点。
2. Incremental Conductance 方法: 这种方法通过测量和比较电流斜率来确定工作点。
当电流斜率等于零时，系统工作在最大功率点上。
与P&O方法相比，Incremental Conductance方法对环境条件的变化更敏感，能够更快地跟踪到最大功率点。
3. 全局极值寻优方法: 全局极值寻优方法利用数学模型和算法来寻找系统的最大功率点。
常用的算法包括遗传算法、人工神经网络和粒子群优化等。
这些算法通过计算和比较不同工作点的功率值，来确定最大功率点。
虽然这些方法能够精确地找到最大功率点，但计算量较大，适用于较为复杂的光伏系统。
光伏系统的最大功率点跟踪控制方法有P&O、Incremental Conductance和全局极值寻优等方法。
根据不同的应用场景和需求，选择合适的控制方法可以有效提高光伏系统的输出功率和效率。
随着技术的不断发展，未来可能会有更多更高效的MPPT控制方法被提出。
最大功率点跟踪(MPPT)
电子知识最大功率点(2)MPPT(14)MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”(Maximum Power Point Tracking)太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。
所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。
下面我们用一种机械模拟对比的方式来向大家解释MPPT太阳能控制器的基本原理。
要想给蓄电池充电，太阳板的输出电压必须高于电池的当前电压，如果太阳能板的电压低于电池的电压，那么输出电流就会接近0。
所以，为了安全起见，太阳能板在制造出厂时，太阳能板的峰值电压(Vpp)大约在17V左右，这是以环境温度为25°C时的标准设定的。
这样设定的原因，(有意思的是，不同于我们普通人的主观想象，下面的结论可能会让我们吃惊)在于当天气非常热的时候，太阳能板的峰值电压Vpp会降到15V左右，但是在寒冷的天气里，太阳能的峰值电压Vpp可以达到18V!现在，我们再回头来对比MPPT太阳能控制器和传统太阳能控制器的区别。
传统的太阳能充放电控制器就有点象手动档的变速箱，当发动机的转速增高的时候，如果变速箱的档位不相应提高的话，势必会影响车速。
但是对于传统控制器来说，充电参数都是在出厂之前就设定好的，这就像车的档位被固定设置在了1档。
那么不管你怎样用力的踩油门，车的速度也是有限的。
MPPT控制器就不同了，它是自动挡的。
它会根据发动机的转速自动调节档位，始终让汽车在最合理的效率水平运行。
就是说，MPPT控制器会实时跟踪太阳能板中的最大的功率点，来发挥出太阳能板的最大功效。
电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出更多的电量，从而提高充电效率。
理论上讲，使用MPPT控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%，但是跟据我们的实际测试，由于周围环境影响与各种能量损失，最终的效率也可以提高20%-30%。
从这个意义上讲，MPPT太阳能充放电控制器，势必会最终取代传统太阳能控制器为什么要使用MPPT ?太阳能电池组件的性能可以用U-I曲线来表示。
太阳能最大功率点跟踪算法与控制系统研究
ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｃ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ｈｅ ｔ ｔ ｒ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｘ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ． Ｉ ｎ ｈｉ ｔ ｓ ｅ ｓ ｓ ａ ｙ ， ｉ ｔ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｍｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏｒ ｆ ｔ ｒ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ． Ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｒ ｉ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｍｅ ｒ ｉ ｔ ｓ ｏ ｆ ｅ ａ ｃ ｈ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， ｗｅ ｃ ｈ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏｒ ｆ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ， ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｗ ｅ ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｗ ａ ｒ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｂ ｓ ｅ ｖａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ａｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ，ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ａ ｎｄ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｓ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ
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太 阳能最大 功率点跟踪算 法与控 制 系统研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｍａ ｘ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ Ｔｒ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ