最大功率跟踪控制原理
光伏逆变器功率调节原理
光伏逆变器功率调节原理
光伏逆变器功率调节是为了保证光伏发电系统的输出功率始终与负载需求匹配。
光伏逆变器的功率调节原理一般有以下几种：
1. MPPT原理（最大功率点跟踪）：光伏电池阵列的输出功率
与太阳辐照度和温度有关，而光伏逆变器的任务是实时追踪当前的最大功率点，使得光伏电池阵列能够以最佳工作状态输出功率。
光伏逆变器通过不断调整电压或电流的输出来实现最大功率点的追踪。
2. 电压控制：光伏逆变器中一般会设置一定的输出电压范围，当负载需要不同功率时，逆变器会根据负载要求调整输出电压来实现功率调节。
3. 频率控制：有些光伏逆变器可以通过调整输出电压的频率来实现功率调节。
通过改变输出电压的频率，可以调整逆变器输出的功率。
4. 即时响应技术：光伏逆变器需要具备快速的响应能力，能迅速根据负载要求调整输出功率。
一些先进的逆变器会采用即时响应技术，通过实时检测负载需求，迅速调整输出电压或频率，以确保稳定的输出功率。
以上是一些常见的光伏逆变器功率调节原理，不同的逆变器厂家和型号可能会采用不同的调节策略，但核心目标都是确保光伏发电系统的输出功率始终与负载需求匹配。
光伏MPPT的工作原理
光伏MPPT的工作原理光伏逆变器是光伏发电系统中的核心部件，而MPPT技术是光伏逆变器的核心技术，那么，什么是光伏MPPT呢？最大功率点跟踪(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。
MPPT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)，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。
应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。
1 MPPT的作用关于MPPT的作用，可用一句话体现：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。
由于太阳能电池收到光强以及环境等外界因素的影响，其输出功率是变化的，光强发出的电就多，带MPPT最大功率跟踪的逆变器就是为了充分的利用太阳能电池，使之运行在最大功率点。
也就是说在太阳辐射不变的情况下，有MPPT 后的输出功率会比有MPPT前的要高。
2 MPPT的原理MPPT控制一般是通过DC/DC变换电路来完成的，光伏电池阵列与负载通过DC/DC电路连接，最大功率跟踪装置不断检测光伏阵列的电流电压变化，并根据其变化对DC/DC变换器的PWM驱动信号占空比进行调节。
对于线性电路来说，当负载电阻等于电源的内阻时，电源即有最大功率输出。
虽然光伏电池和DC/DC转换电路都是强非线性的，然而在极短的时间内，可以认为是线性电路。
因此，只要调节DC-DC转换电路的等效电阻使它始终等于光伏电池的内阻，就可以实现光伏电池的最大输出，也就实现了光伏电池的MPPT。
总的来说，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。
光伏发电控制电路原理
光伏发电控制电路原理
光伏发电控制电路的原理主要包括以下几个方面：
1. 最大功率点跟踪：控制电路通过实时监测太阳能板的工作状态，自动调节负载的工作点，使得太阳能板始终运行在最大功率点附近。
这样可以最大化太阳能板的输出效率，提高整体发电量。
2. 防止逆向电流：当太阳能板输出电压较低时，控制电路需要防止逆向电流的产生，防止对太阳能板造成损坏。
3. 防止过充和过放：当电池电压过高或过低时，控制电路需要停止充电或放电，以保护电池不受损坏。
同时，当电池温度过高时，也需要停止充电或放电，以防止电池热失控。
4. 智能充电：控制电路会根据电池的电量状态，自动选择合适的充电模式，如涓流充电、恒流充电和恒压充电等，以保护电池的寿命和性能。
5. 故障保护：当发生故障时，如短路、过载等，控制电路会自动切断负载，保护电路安全。
6. 监控和报警：控制电路还会实时监测光伏发电系统的运行状态，一旦发现异常情况，如电池电量过低、太阳能板输出异常等，就会发出报警信号，提醒工作人员及时处理。
总的来说，光伏发电控制电路的原理就是通过一系列的自动控制和保护措施，确保光伏发电系统的安全、稳定、高效运行。
变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制
变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制摘要：风力发电是一种可再生能源，因此，对它的开发和利用显得尤为重要。
由于其实用、高效的特点，变速恒频风电技术在许多方面都具有很大的应用前景，并且伴随着风电技术的持续发展，它已经成为了国内外众多专家学者关注的焦点。
安全、低成本、高效的风电技术是风电技术发展的重点，而对其短时有效风速进行精确预测是实现风电系统平稳运行的关键与基础。
风电机组在运转过程中，其风场呈现出一种三维时变特性，由于各测点在风轮表面上得到的风速各不相同，因此，利用风速仪对其进行短时的风速预报并不可行。
为改善风电机组的调速性能，需对风电机组的短时风速预报进行深入的分析与研究。
关键词：变速恒频；风力发电系统；最大风能追踪控制1变速恒频风力发电概述本文介绍了一种新型的变频调速发电机的结构，并对其性能进行了分析。
双馈发电机的定子线圈与电网相连，转子线圈为三相交流变频驱动，一般采用交流-交流变换或交流-直-交变换来驱动。
双馈发电机可以在各种工况下工作，并且可以根据风速的改变来调节其旋转速度，从而保证风机始终处于最优的工作状态，提高了风力资源的利用效率。
当电机负荷或速度改变时，调整馈入转子绕组电流，就可以使定子的输出电压和频率不变，也可以调整发电机的功率因子。
2变速恒频风力发电技术重要性及其优势2.1变速恒频风力发电技术的重要性风力发电机是一种以风力为动力的风力发电机。
在整个风力发电过程中，发电系统占有相当的比重。
通常情况下，当风力发电系统的单位装机容量不断增加时，就可以从一个侧面说明风力发电机的结构存在一定的问题。
为此，需要对风力发电系统进行结构优化设计。
本项目研究成果将为风电机组的安全稳定运行提供理论依据，并为实现风电机组的高效稳定运行提供理论依据。
2.2变速恒频风力发电技术优势风力发电技术在风力发电中的应用具有明显的优势。
在风力发电的过程中，使用变速恒频的风力发电技术，能够从最大功率的角度来确保发电系统的平稳运转，不仅能够在某种程度上增加风电系统的发电量，还能够提升风电系统的运行效率。
第6章 光伏发电原理_最大功率点跟踪控制
6.1 概述 6.2 定电压跟踪法 6.3 短路电流比例系数法 6.4 扰动观测法 6.5 电导增量法
§6.1 概述
光伏发电系统中，太阳能的利用率除了与太阳电池的自 身内部特性有关外，还受环境（辐射强度、温度等）和 负载因素的影响。
在同一环境条件下，根据负载阻抗太阳电池可工作在I-V 曲线的任一点上
dP dU
=
I
+U
dI dU
=0
dI
I
dU = − U
§6.5.1 电导增量法基本原理
实际以∆P/∆U近似代替dP/dU， ∆I/∆U近似代替dI/dU
⎧ ΔI
⎪ ⎪
ΔU
>
I −U
最大功率点左边
⎪ ΔI
⎨ ⎪
ΔU
=
I −U
最大功率点
⎪ ΔI ⎪⎩ ΔU
<
I ΔU = knA
§6.5.2 变步长电导增量法
基于U-I曲线特性：
¾ 类似恒流区域，∆I变化率很小
¾ MPP附近，∆I变化率较大
¾ 类似恒压区域，∆I变化率很大
根据工作区域设定不同的步长，利用电导增量法进行MPPT
控制
4
恒流区 MPP附近
1000[W/m2]
3
750[W/m2]
恒压区
2
500[W/m2]
而 太 阳 电 池 I-V曲 线 有 一最 大功 率点 （Maximum Power
Point, MPP）
Current [A] Power [W]
4
1000[W/m2]
3
750[W/m2]
2
500[W/m2]
光伏发电最大功率点跟踪原理及分析
光伏发电最大功率点跟踪原理及分析3.2. 1 光伏发电最大功率点跟踪控制原理从光伏电池的特点中可以看出，它的输出电压与输出电流表现为非线性，而且输出功率 伴随光照强度的改变而变化 。
但是，总是有一最佳电压值，使太阳能电池在一定的条件下能 输出最大功率。
由戴维南定理得知，在特定的日照强度及气温情况下，太阳能电池阵列可表 示为电流源和电阻串联而成的等效电路，在负载电阻与等效内阻相等的情况下，此等效电路 出力最大[46] 。
此时，太阳能电池的输出量一定为最大功率。
3.2.2 部分遮蔽光伏系统的输出特性光伏电池在有部分被遮蔽的情况下时，会导致这些部分所受光辐照度降低 。
所以在此种 情况下的光伏电池输出特性曲线会产生较大波动，其输出特性曲线上有若干个极值点[47] 。
在 此背景下，常规最大功率点跟踪控制算法无法准确的跟踪到整条曲线的最大功率点，而是会 处于一种局部最优的情况[48] 。
下图 3-4 为光伏电池的输出特性曲线，其中曲线 A 表示光伏电 池受光均匀， 曲线 B 表示光伏电池部分被遮蔽。
7350 A 6300 A 2502003 150B2100 1 0 00 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70U /V U /V不同条件下光伏电池的输出特性图由上图可知，在光照强度均匀的条件下，曲线 A 波动稳定，并且仅有一个极值点，这样 传统最大功率点跟踪控制算法就会轻松的将此点作为全局极值点， 以此来完成最大功率点跟 踪 。
但是在光照强度不均匀的条件下，曲线 B 进行了不稳定50 B 5 4波动，整段曲线上出现了两个极值点，传统最大功率点跟踪控制算法无法准确地区分出哪一个极值点为全局极值点，对接下来的工作造成一定的不便。
3.2.3 常见光伏发电最大功率点跟踪控制方法（1）恒定电压法恒压跟踪法直接忽略了温度对其的影响。
当光照强度不同时，装置工作的最大功率点电压大小接近，可选固定电压值。
并网中小型风电系统最大功率跟踪控制
并网中小型风电系统最大功率跟踪控制随着可再生能源的逐渐发展，风力发电逐渐成为了绿色能源的重要组成部分。
而并网中小型风电系统最大功率跟踪控制是风力发电的关键技术之一，这也是目前风力发电技术发展的重点之一。
本文将重点介绍并网中小型风电系统最大功率跟踪控制的相关内容。
一、并网中小型风电系统的最大功率跟踪控制的意义风力发电的特点是受风速的影响非常大，而风速是时刻变化的，这就使得风电机组的输出功率也在不断变化。
而风能的转化效率最高时，即为风电机组输出功率的最大值。
因此，如何使得风电机组输出功率尽可能接近最大值，就成了并网中小型风电系统运行中最重要的问题。
最大功率跟踪控制是针对此问题开发出的技术手段，它可以使得并网中小型风电系统在不同的风速下，都能够输出最大功率，从而提高风电系统的发电效率，降低发电成本。
二、并网中小型风电系统最大功率跟踪控制的原理最大功率跟踪控制的原理是通过控制风力发电机组的转速和叶片的角度，使得发电机组的输出功率达到最大值。
当风速较低时，需要增加转速和叶片的角度，以提高风能的转换效率；而当风速变高时，可以通过降低转速和叶片的角度来控制输出功率，以确保不会超出并网限制。
最大功率跟踪控制可以通过设置不同的控制参数来达到最佳效果，比如最大功率点跟踪速度、叶片角度等。
三、并网中小型风电系统最大功率跟踪控制的方法最大功率跟踪控制方法包括直接功率控制法（DPC）、电流控制法（ICC）、电压控制法（VCC）等多种。
这里介绍一下其中比较常用的DPC方法。
直接功率控制法：DPC控制方式是通过测量风力发电机组的输出功率来调节叶片的角度和发电机组的转速。
具体实现过程中，需要先测量出当前的风速和风向，然后根据检测到的风速和风向来调整叶片的角度，使其与当前的风速和风向相适应。
同时，可以通过控制转速来调整输出功率，以达到最大功率点的跟踪。
DPC方法的优点是简单易行、可控性好，但在理论上并不能达到最大功率点跟踪的精度要求，且在存在扰动时容易出现控制失效的情况。
MPPT
仿真模型图如图3所示：
扰动观察法仿真MPPT跟踪曲线：
MPPT控制器的总体模型
以Boost变换器作为DC/DC变换电路，建立了基于扰动观察法的光伏发电最大功率跟踪仿真模型如图1所示。图中电感L、电容C、前端电容C的取值分别为 、 、 ，开关管的频率为20kHz。控制过程如下：电压、电流检测装置检测出当前太阳电池工作点的电压和电流值、计算出功率相对于电压的变化率，通过自建的mppt模块得到占空比不同的脉宽调制波以控制DC/DC变换器中MOSFET功率开关管的开通与关断，以达到阻抗匹配，从而实现太阳能电池阵列的最大功率跟踪。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ扰动观察法
扰动观察法的原理是：先给一个扰动输出电压信号(VPV+△V),再测量其功率变化，与扰动之前功率值相比，若功率值增加，则表示扰动方向正确，可继续向相同的(△V)方向扰动；若扰动后的功率值小于扰动前，则向相反的(△V)方向扰动。此法的最大优点在于结构简单，测量参数少，通过不断扰动使阵列输出功率趋于最大。控制流程图如图2所示
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
最大功率跟踪的控制原理
最大功率跟踪（MPPT）是并网发电中的一项重要的关键技术，它是指控制改变太阳电池阵列的输出电压或电流的方法使阵列始终工作在最大功率点上，根据太阳电池的特性，目前实现的跟踪方法主要有以下三种：
（1）恒电压法，因为太阳电池在不同光照条件下的最大功率点的电压相差不大，近似为恒定。
这种方法的误差很大，但是容易实现，成本较低；
（2）爬山法，通过周期性的不断的给太阳电池阵列的输出电压施加扰动，并观察其功率输出的改变，然后决定下一次扰动的方向。
这种方法的追踪速度较慢，只适合于光强变化较小的环境；
（3）导纳微分法(又称增量电导法)，认为太阳电池阵列的的最大功率点处，输出功率对输出电压的一阶倒数等于零。
因此在环境光强发生改变时，根据dI/dV的计算结果是否等于－I/V，决定是否继续调整输出电压，既可实现最大功率点的跟踪。
该方法相对于恒电压法和爬山法有高速稳定的跟踪特性。
上述三种方法各有特点，但是都不同时具有低成本、高稳定性、快速追踪的特性。
第一种方法只是粗略估计了最大功率点的位置，在光强变化到很大或较小时都会产生很大的误差。
后两种方法本质上都是通过判断当前工作点是否处于最大工作点来决定是否继续调整及调整的方向，因此最终的结果是逆变器始终工作在最大功率点的左右，来回振荡，而不是真正的工作在最大功率点处，反应在太阳电池阵列的输出上就是，太阳电池阵列的输出电压或电流总是以一个直流电平为中心上下跳跃，波形很不稳定，而且在光强变化速度较快时，不能及时反应。
三、太阳能电池功率追踪访法及算法
扰动观察法是目前太阳能电池最大功率追踪技术中最为成熟以及被采用最多的方法，其系统方块图如图12所示。
由图中可以很明显的看出此法的硬件需求较少，模拟／数字转换器节省得相当多，因此在制造的成本上将大为降低。
扰动观察法之缺点在于最大功率追踪过程中，当大气条件迅速改变时，由于响应速度未能因应调整，会使追踪的速度变缓，造成功率的损失，不过此一缺点可以用软件技术来加以改善，赋予系统自我调整响应速度之功能，这也是本文的研究重点，亦即以软件算法来达到太阳能电池最大功率的追踪，并分析系统操作于较高频率下，其追踪的性能。
依电路理论而言，当太阳能电池的等效输出阻抗等于负载端的等效输入阻抗时，太阳能电池所送出的功率为最大，这就是最大功率转移定理。
因此当太阳能电池模块串接直流－直流转换器之后如图13，若要得到太阳能电池的最大功率，则转换器的输入阻抗必须和太阳能电池的输出阻抗相等，但是太阳能电池的输出功率受到大气条件的影响，使得其等效输出阻抗并不会固定在某一定值。
对转换器而言，其输入阻抗是随着工作周期的改变而有所不同，所以转换器若要维持太阳能电池于最大功率下操作，就必须随时地调整其工作周期。
图片附件: fig12.JPG (2006-3-23 23:42, 26.31 K)
当输入到转换器的功率为一定值，且转换器的输出是可调时，则此转换器即具有负阻抗的特性如图14所示，也就是说，若输入电压减少则输入电流将增加，以维持输入到转换器的功率为一定。
在图14中，是输出可调时的最小输入电压，即当输入电压小于此值，则转换器就不具有调节功能，而转换器所呈现的是正阻抗的特性。
由于转换器具有负阻抗的特性，使得在追踪最大功率的过程中易造成系统崩溃，因为当转换器的输入阻抗比太阳能电池的输入阻抗小时，系统将无法追踪到最大功率。
换句话说，当太阳能电池操作在高阻抗区时，系统为了要追踪太阳能电池的最大功率，因此会调整开关的责任周期，使得导通时间增加，这将造成太阳能电池的输出电压降低，如此反复循环，最后使得开关的责任周期保持在最大，但却不是系统的最大功率。
因此对于一个具有负阻抗特性的转换器，太阳能电池只能操作在低阻抗区，即最大功率点的右边区域，而不能操作在高阻抗区。
为了改善上述现象，系统控制之设计需避免转换器操作在负阻抗特性区。
由于引起负阻抗的原因是当输入电压（或电流）增加时，造成输入电流（或电压）的减少，所以在追踪最大功率的过程中，当电压增加时，经由回授与控制器的计算判断，促使开关的导通时间增加，电流也因此而增加。
由于输入到转换器的功率为一定值，所以电压将会因电流的增加而减少。
上述过程中，因电压的增加造成电流的增加，所以负阻抗的性质就不存在了，太阳能电池也因此可以操作在高阻抗区域，系统追踪流程如图15所示。
图片附件: fig14.JPG (2006-3-23 23:42, 44.75 K)
实现光伏系统最大功率跟踪的方法综述
在实践中可以采用三种方法是光伏电池或方阵的输出功率最大：太阳追踪(sun tracking)、最大功率点跟踪(maximu power point tracking)或两种方法综合使用。
出于经济方面的考虑，在小规模的系统中经常使用最大功率点跟踪的方法。
最大功率点的跟踪方法有很多种，比较简单的如：功率匹配电路(power matching scheme)、曲线拟合技术(curve-fitting technique)以及后来的微扰观察法(perturb and observe method)和增量电导法(incremental conductance algorithm)。
1、功率匹配电路
选择太阳电池或太阳电池组合使其输出特性与特定的负载相匹配。
由于该技术主要的与日射和负载条件相关，所以只能大概的估计MPP的位置。
2、曲线拟合技术
预先测得太阳电池组件的输出特性，并用显示的数学表达式描述。
该方法不能预测一些复杂因素的影响，如老化、温度或者某些电池的击穿等。
3、微扰观察法
是一个不断重复的过程，通过不断扰动太阳电池的工作点，找到使功率输出最大的变化方向。
基本的工作过程是周期性的给太阳电池的端电压施加扰动，并与上一个周期比较输出功率的
大小。
最大功率控制实际上就是通过功率反馈控制使功率的导数等于零。
该方法的优点是不需要太阳电池的输出特性。
但该方法不适用于环境条件变化快的情况。
太阳电池输出功率计算可以通过单片机或模拟乘法器实现。
4、衡电压法
基于这样一个事实：太阳电池最大功率点电压约为其开路电压的76%。
为了确定最大功率点，需要暂时把负载断开并对开路电压采样和保持作为控制环的参考电压。
5、增量电导法
通过比较太阳电池的瞬时电导和增量电导克服了微扰观察法的不足。
是上述方法中精确度最高的，开关电源的输入阻抗被调整到与太阳电池阻抗达到最佳匹配的值。
该方法既使在快速变化的环境条件下也工作良好。
通常实现该方法需要采用单片机或DSP，使系统成本增加，不适合小规模的系统
专利权项
1、独立光伏发电系统用的最大功率点跟踪方法，其特征在于，该方法依次含有以下步骤：步骤1：用微处理器作为该最大功率点跟踪控制器，检测太阳能电池光伏阵列的输出电压Vn，电流In；步骤2：微处理器判断当前输出电压Vn和上一控制周期的输出电压采样值Vb之差dV：若：dV＝0，则：判断当前输出电流In和上一控制周期的输出电流采样值Ib之差dI；若：dV≠0，则：判断dI/dV是否等于-I/V；步骤3：根据步骤2的判断结果：若：dI＝0，则：Vb＝Vn，Ib＝In，结束；若：dI/dV＝-I/V，则：Vb＝Vn，Ib＝In，结束；步骤4：根据步骤3的判断结果：若：dI≠0，则：判断dI＞0否；若：dI/dV≠-I/V，则：判断dI/dV＞-I/V否；步骤5：根据步骤4的判断结果：若：dI＞0，则：微处理器控制方波发生电路和与该电路串接的脉宽调制脉冲形成电路，产生脉宽调制脉冲去减小连接在太阳能电池光伏阵列输出端的BUCK电路的占空比，并使Vb＝Vn，Ib＝In，结束；若：dI/dV ＞-I/V，则：微处理器按所述步骤5的方法减小占空比，并使Vb＝Vn，Ib＝In，结束；若：dI＜0，则：微处理器按所述步骤5的方法增大占空比，并使Vb＝Vn，Ib＝In，结束；若：dI/dV＜-I/V，则：微处理器按所述步骤5的方法增大占空比，并使Vb＝Vn，Ib＝In，结束；所述BUCK电路含有：输入电容：该电容通过接入开关并接于所述太阳能电池光伏阵列输出端；MOS管：该MOS管的控制端与所述脉宽调制脉冲形成电路的输出端相连，其余两端分别对地并接了一个上述输入电容和一个反接的二极管；输出滤波电容：该电容并接着一个储能用的铅酸蓄电池，该电容同时又经过一个滤波电感接所述的二极管的负极。