扰动观察法在小型风机MPPT中的仿真研究
第８期
２０１３年８月 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ １６５
扰动观察法在小型风机ＭＰＰＴ中的仿真研究
钱苏翔 ，詹彦 ，熊远生
（１．江西理工大学机电工程学院，江西赣州３４１０００；２．嘉兴学院机电工程学院，浙江嘉兴３１４００１）
摘要：为了提高风力机发电系统的发电效率，通过调节ＰＷＭ波占空比来实时改变Ｂｏｏｓｔ变换器升压电路的输出电
压，采用扰动观察法的ＭＰＰｒｒ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）控制方法，实现对风力发电系统最大功率点的跟踪。调节
永磁同步电机负载，通过改变永磁同步电机电磁转矩来调节风力机的转速，并在ＰＳＩＭ软件中对风力机输出功率进行
仿真，得出实时最大功率曲线图。仿真结果表明，该方法较好的保证了风力发电系统能够快速、稳定和精确的跟踪到最
大功率点，提高了风力机发电效率。
关键词：ＭＰＰＴ；扰动观察法；风力发电
中图分类号：ＴＨ１６；ＴＫ８３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３９９７（２０１３）０８—０１６５—０４
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ
Ｏｆ ＭＰＰＴ ｉｎ ＳｍａｌＩ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ
ＱＩＡＮ Ｓｕ—ｘｉａｎｇ ，ＺＨＡＮ Ｙａｎ ，ＸＩＯＮＧ Ｙｕａｎ－Ｓｈｅｎｇ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｇａｎｚｈｏｕ ３４１０００，
Ｃｈｉｎａ；２．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉａｘｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｊｉａｘｉｎｇ ３１４００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ ｃｈａｎｇｅｓ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ
ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ Ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｎｅｒ ｉｎ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ＰＷＭ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ，ａｎｄ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ＭＰＰＴ（ｍａｇｄｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ
ｔｒａｃｋｉｎｇ）ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ
ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｏｆ ＰＭＳＭ （ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ），ａｎｄ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ
ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆＰＭＳＭ ｔｏ ａｄｊｕｓｔ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ．Ａｎｄ ｉｔ ｌｌ￥ｅｓ ｔｈｅ ＰＳＩＭ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ
ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ａｎｄ ｉｔｆｉｎｄｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｃｕｒｖｅ ｏｆｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ Ｖａｎ ｅｌ￣ｕｒｅ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ＭＰＰＴ ｆａｓｔｌｙ，ｓｔｅａｄｉｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ａｎｄ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ＭＰＰＴ：Ｐｅｒｔｕｒｂａｆｌｏｎ ａｎｄ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ；Ｗｉｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
１引言
我国在风能的探究和利用过程当中，科研人员提出了许多
改善风能利用率的新方法。在控制策略上，原有的定浆距慢慢向
变浆距发展，但是这并不意味着定桨距将渐渐退出风力发电领
域；相反，定桨距却一直在不断优化。由于变桨距意味着风机自身
结构和控制过程将具有复杂性，这不可避免的产生了成本的大大
提升。对于一些小型风力机而言，保证低成本才意味着其具有应
用价值。因此，如何在不降低效率的情况下，实现低成本达到最大
的经济效益成为当前研究小型风机的关键技术内容ｆｌ１，这就给定
桨距发展提供了空间。主要研究当风速在额定风速范围内风机达
到最大输出功率的跟踪控制方法。通过ＰＳＩＭ软件建立起的仿真
模型，对仿真结果进行了分析。
２小型风力机特性分析
２．１风机构成与理论
由贝茨理论 ， Ｇ（ｗｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）包括风力机与 发电机，风力机有水平轴与垂直轴两种形式，以小型水平轴风力
机作为研究对象。水平轴风机示意图，如图１所示。发电机转子直
接连接风机转轴，不经过任何变速器，通常称为直驱型风力发电
机月，对于风机未经齿轮箱的直驱式发电机的机械系统，其满足：
』４ ＝ 订 （１）
Ｔ．￣＝ｌ－ＣｒＰ＇ｒｒＲ （２）
Ａ：丛 （３）
式中：Ｐ（ ）一风机功率；Ａ（ｍ ）一风机扫风面积； （ｍ／ｓ）一风速
（ｋｇ／ｍ ）一空气密度；Ｃ卜风机的功率利用系数； －风机气
动转矩；ｃ广风机的气动转矩系数；Ａ一叶尖速度比；Ｒ（ｍ）
～叶片半径；“ｒ一叶片角速度。上述Ａ称为叶尖速度比，定
义为半径为 的转子叶片在旋转时，叶片角速度ｔａｒ与风
速Ｖ的比值。
来稿日期：２０ｌ２＿ｌｏ－ｌ４ 基金项目：浙江省教育厅重大科技攻关项Ｉ￣ｔ（ＺＤ２００９００５）；浙江省自然科学基金青年基金项Ｉ￣（ＬＱ１２Ｆ０３００８） 作者简介：钱苏翔，（１９６３一），男，江苏泰州人，教授，主要研究方向：光为检测技术与信号处理、
机电设备远程状态监测与故障诊断 １６６ 钱苏翔等：扰动观察法在小型风机ＭＰＰＴ中的仿真研究 第８期
ｃ
图１水平轴风机示意图 Ｆｉｇ．１ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ａｘｉｓ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｄｉａｇｒａｍ
从式（１）可以看出，风力机的机械输出功率主要与风力机的
功率利用系数、叶片扫风面积、空气质量密度及迎风面正向风速
有关。对于已安装完成的风力机，其输出功率主要取决于风速和
风力机的功率利用系数。风力机的最大功率利用系数理论上最大
只能达到０．５９３。在实际应用中，该系数与风速、风力机的转速以
及风力机叶片参数有关。在浆距角口一定时，风力机的气动转矩
利用系数Ｃ 与叶尖速比Ａ的关系，如图２所示。图中，风力机最
大的功率利用系数 对应有一个最优的叶尖速比Ａ 。由于风
速经常变化，为实现风能的最大捕获，使风机输出功率最大，风力
机应变速运行，以维持叶尖速比Ａ 保持不变。风力机输出功率Ｐ、
风速 和风机转速∞的关系曲线，如图３所示。因为风速无法控
制，一般通过控制发电机的电磁转矩来改变发电机的转速Ｉ６１，从而
改变风力机的叶尖速比，实现最大功率跟踪。
ＪｌＩ｛Ｌ
甜 Ａ Ａ
图２气动转矩功率系数曲线 Ｆｉｇ．２ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｃｕｒｖｅ
风机转速Ｗ
图３风机输出功率与转速关系 Ｆｉｇ．３ Ｏｕｔｐｕｔ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｒｏｔａｔｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｕｒｖｅ
２．２永磁同步发电机及其控制
风力机 永磁同步发电机 风力机而言，去掉齿轮箱不仅降低了发电机的设计和制造成本，
而且能有效提高发电系统的效率和可靠性，同时也降低了运行维
护等费用，其连接方式，如图４所示。永磁同步发电机的参数分别
为： 。 －－６．５ｍＨ，Ｒ ＝ｏ．８７５／］，极对数ｎ＝１２。
３小型风力机模型
在ＰＳＩＭ软件中首先按照上述公式建立风机仿真模型，如图
５所示。主要参量分别为风速 、浆距角 、风机扫风面积半径Ｒ、
叶尖速比Ａ、风能利用系数Ｃ 、输出转矩 和输出功率Ｐ，风力
机模型采用ＤＬＬ来实现，ＤＬＬ库通过ＶＣ编程生成。在一定风速
下，通过模拟控制发电机的转速，从而实现仿真不同叶尖速比下
的风力机的运行情况。风力机模型的各个主要参数的设置，如表
１所示。
ｗｉｎｄｓｐｅｅｄ ＷｉｎｄＴ Ｗｉｎｄｐｏｗｅｒ
ｗｉｎｄｍｏｄｅ１．ｄｌｌ
图５风力机仿真模型 Ｆｉｇ．５ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ
表１风力机仿真参数
Ｔａｂ．１ Ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
风力机功率利用系数Ｃ 与风速间关系的仿真结果，如图６
所示。由图６可以看出Ｃ 随着风速增加而增大，但当风速达到一
定值后，ｃＰ有一个明显的下降过程，直至保持输出功率恒定。可
以看出风机在达到额定功率前和达到额定功率后，功率利用系数
是一个先增加后减小的过程。
Ｏ．５
—０．４
籁０．３ １描 旺 熏０．２ ｛；｛Ｌ
０．１ ＋功率利用系数
，， 、、 Ｌ － １ Ｊ ｆ 、 ｌ ｌ Ｊ 』 、 ｆ 、 Ｊ 『
ｌ０ １５ ２０ 风速Ｖ（ｍ／ｓ）
图６风速与风力机功率利用系数的关系曲线 Ｆｉｇ．６ Ｗｉｎｄ Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
Ｃｕｒｖｅ Ｎｏ．８
Ａｕｇ．２０１ ３ 机械设计与制造 １６７
４功率跟踪控制仿真模型
对于—个已经 寸定型的小功率直驱风力机而言，其叶片半
径、浆距角、空气密度均为已知常量，输出功率只与功率利用系数
Ｃ 和风速口有关系。因此分力机运行的主要设计思路就是：（１）当风
速 小于启动风速 时，风力机的—个运行情况；（２）当风速 大于
启动风速 且小于额定风速 时风机运行ｆ青况；（３）当风速 大于
额定风速 且小于风机安全风速 ，时风力机的运行隋况；（４）当风
速超过安全风速 时风机的运行情况。自然界中风速是—个随饥不
规则的变量，其中，扰动转速 察比较困难，转谴 是—个可以直接
控制的量。采用扰动观察法跟踪输出功率阳。仿真中直接对ＤＣ／ＤＣ
电路的占空比进行扰动，在无风速传感器的情况，先将整流后的电
压稳定在一定值，然后运行扰动观察法。通过测量风 机的输出功
率是否等于额定值来判定风机的运行状态，其扰动跟踪控制流程
图，如图７所以。首先对风机输出功率进行采样，并计算前后两次采
样误差，判断误差的大小。当误差大于０时，减小占空比，当误差小
于０时，增加占空比，每次占空比调节步长为，通过这样对占空比的
重新调节，得到新的输出功率。占空比每次调节幅值为０．０５。
ｒ＿＿
误差Ｅ＜０ 采样风机输出功率Ｐ
周期采样Ｐ２ 丽 一 ／一、、 吴差Ｅ＝Ｐ２一Ｐ －－－＃
误差Ｅ＝０ 进入下一次循环计算
Ｎ
误差Ｅ＞Ｏ
占空比＋步长ｌ Ｉ占空比不变ｆ Ｉ占空比一步长
占空比
输出功率马
图７扰动观察法跟踪控制流程图 Ｆｉｇ．７ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｌｏｗ Ｃｈａｒｔ
图８ Ｂｏｏｓｔ升压电路ＭＰＰＴ仿真图 Ｆｉｇ．８ Ｂｏｏｓｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＭＰＰＴ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｆｉｇｕｒｅ 当风速 大于额定风速 ：时，输出功率大于额定功率，此时
基于新型扰动观察算法MPPT控制
基于新型扰动观察算法MPPT控制
蔡文皓;张鹏
【摘 要】文章结合光伏阵列的数学模型及其输出特性,提出一种固定电流法结合扰动法的控制方法.对该方法进行了理论分析,并在Matlab/Simulink环境下建立了光伏发电系统的仿真模型.仿真结果表明,光伏系统在正常情况下以及光照强度发生突变的时,都能够快速得追踪到最大功率点,该方法具有良好的控制性能.
【期刊名称】《可再生能源》
【年(卷),期】2014(032)005
【总页数】5页(P588-592)
【关键词】光伏阵列;固定电流法;最大功率点
【作 者】蔡文皓;张鹏
【作者单位】西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710054;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710054
【正文语种】中 文
【中图分类】TM615
0 引言
传统化石能源消耗带来的生态环境问题，已对人类生存和发展构成了巨大的威胁。太阳能作为一种储量巨大的可再生能源，因为其清洁与安全的特点，已经成为传统化石能源的主要替代能源。光伏阵列在太阳光的作用下会产生电能，但是光伏阵列的输出电压和输出电流随着太阳光强度和电池温度的变化具有强烈的非线性，因此，在工作环境一定的条件下光伏系统存在唯一的最大功率输出点（MPP）[1]。本文介绍了一种固定电流法结合扰动法的MPPT控制方法并对其进行了仿真，仿真结果表明该方法具有良好的控制性能。
1 光伏电池的数学模型
光伏电池主要材料是半导体硅，由于光伏效应，太阳光照射到太阳能电池板上之后将会产生一定的光电流，其等效模型如图1所示。
图1 光伏电池等效模型Fig.1 PV equivalent model
由图1可知，太阳能光伏电池的输出伏安特性表达式[2]为
式中：Iph为光生电流；Id为流过二极管的电流；Ish为流过并联电阻Rsh的电流；I为光伏电池内部等效二极管的PN结的反向饱和电流；I0为等效二极管两端的端电压；q为电荷电量；K为波尔兹曼常数；T为绝对温度；A为PN结理想因子。式中Iph，I0都与电池温度和光照强度有关，不易确定，工程应用不方便。通常状态下（V+IRs）/Rsh比光电流要小得多，因此可以忽略；Rs比二极管正向导通电阻的小得多，可设定Iph=Isc。
基于改进扰动法的光伏电池MPPT仿真研究
第３４卷第２期 武汉理工大学学报（信息与管理工程版） ２０１２年４月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＷＵＴ（ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ） Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１２ 文章编号：１００７—１４４Ｘ（２０１２）０２—０１３５—０５ 文献标志码：Ａ 基于改进扰动法的光伏电池ＭＰＰＴ仿真研究 苏义鑫，向炉阳，张丹红 （武汉理工大学自动化学院，湖北武汉４３００７０） 摘要：根据光伏电池的特性，搭建了其仿真模型，能够模拟不同日照和温度条件下电池的输出特性。针 对占空比扰动法的不足，提出了一种基于模糊一ＰＩ控制的占空比扰动法进行最大功率点跟踪，并在Ｍａｔｌａｂ环 境下进行了仿真验证。仿真结果表明，与占空比扰动法相比，该方法在外界环境变化时能够快速跟踪光伏电 池的最大功率点，有效提高最大功率点的跟踪精度，具有良好的动态和稳态性能。 关键词：最大功率点跟踪；占空比扰动法；光伏电池模型；模糊一ＰＩ控制 中图分类号：ＴＭ６１５ ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—１４４Ｘ．２０１２．０２．００２ 太阳能光伏电池已广泛运用于照明路灯、水 泵、家用电器、发电厂和卫星能源等诸多领域，成 为新能源研究的热点。 目前用于光伏电池最大功率点跟踪（ＭＰＰＴ） 的方法主要有：恒定电压法（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｃｋ— ｉｎｇ，ＣＶＴ）、扰动观察法、电导增量法、最优梯度 法、间歇扫描法、模糊逻辑控制法和神经元网络控 制法等…。恒定电压法实现简单，但在温度突变 下输出功率将会偏离最大功率点，甚至产生振荡。 文献［２］对ＣＶＴ算法做了改进，通过经验查表法 能够提高ＭＰＰＴ的控制效果。扰动观察法实现简 单，但步长难以确定且在最大功率点处会发生振 荡 Ｊ。电导增量法利用光伏电池在ＭＰＰＴ处输出 功率对电压的导纳为零来跟踪最大功率点，该方 法控制效果好，控制稳定度高，但是控制算法复 杂，对采样的精确度要求较高 。文献［５—９］把 模糊控制应用到光伏电池的ＭＰＰＴ控制中，实验 结果表明，该算法在外部环境变化时能快速响应， 但模糊控制是有差控制，在最大功率点附近仍有 振荡。神经元网络控制具有良好的鲁棒性和较快 的响应速度，但算法实现复杂 ０ｊ。针对上述 ＭＰＰＴ控制算法的不足，结合现有ＭＰＰＴ算法的优 点，提出了一种基于模糊一ＰＩ控制的占空比扰动 法，并建立了系统仿真模型，仿真结果表明，该算 法具有一定的优越性。 １光伏电池的等效模型及其输出特性 １．１光伏电池的等效电路 光伏电池是以半导体ＰＮ结接收太阳光照产 生光伏效应为基础，将光能转换为电能的装置。 其单体等效电路相当于一个电流源并联一个二极 管，如图１所示。其中 为光生电流，其值正比于 光伏电池的面积和入射光的辐照度；厶为暗电流， 用二极管的电流表示；，目 为流过旁路电阻的电流； ，０为光伏电池输出电流；Ｕｏ为光伏电池输出电压； Ｒ 为旁路电阻；Ｒ 为串联电阻；Ｒ。为电池的负载 电阻。 Ｒｓ 【 ｌ ｌ 一 图１光伏电池的等效电路 由上述定义，根据基尔霍夫电流定律和光电 子学理论可以推导出光伏电池的等效数学模型： Ｌ＝，ｇ－，０ｓ（ｅｘｐ［ 】＿１）一 （１） 式中：Ｌ 为太阳能板的逆向饱和电流；ｇ为电 收稿日期：２０１１—０９—２３． 作者简介：苏义鑫（１９６６一），男，湖北仙桃人，武汉理工大学自动化学院教授；博士 基金项目：湖北省自然科学基金资助项目（２００９ＣＤＢ０８２）．
扰动观察法最大功率点跟踪原理
扰动观察法最大功率点跟踪原理
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一、扰动观察法最大功率点跟踪原理
扰动观察法（Perturb and Observe，P&O）是一种简单有效的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）方法，广泛应用于太阳能光伏发电系统中。以下是扰动观察法最大功率点跟踪原理的步骤：
基于SVR与扰动观察法的光伏阵列多峰值MPPT研究
基于SVR与扰动观察法的光伏阵列多峰值MPPT研究
万晓凤;戴雅晨;刘琦;杜利平;胡伟
【摘 要】当光伏组件出现局部阴影遮挡或光照不均匀时,光伏阵列的输出特性将发生改变,此时的P-U特性曲线将呈现多峰值现象,传统的基于单峰P-U特性曲线的MPPT算法将失效,很难准确地跟踪到全局的最大功率点.为解决该问题,提出了一种基于支持向量机回归与扰动观察法的MPPT融合算法.利用支持向量机的全局优化、泛化性能高的特点,结合扰动观察法的控制简单、容易实现的优点来实现最大功率点的跟踪.仿真结果表明,在真实的光照、温度及光照突变等外界条件下,该新型融合算法与传统的扰动观察法相比,光伏阵列在局部阴影下不会陷于局部峰值,能迅速准确地搜寻到全局最大功率点.%When PV module is under local shadow or
non-uniform illumination conditions,the output characteristics of PV arrays
will change.P-U characteristic curve presents multiple peaks;traditional
MPPT algorithm based on single peak P-U curve may fail;it is difficult to
accurately track the global maximum power point.To address this
drawback,a MPPT fusion algorithm based on combination of perturbation
method and SVM was put forward.The global optimization and high
generalization performance characteristics of support vector machine
基于改进型变步长扰动观察法的光伏系统MPPT研究
基于改进型变步长扰动观察法的光伏系统MPPT研究
王硕禾;郑俊观;张国驹;张立园
【摘 要】In order to improve the efficiency of PV system,the maximum
power point tracking control technology is required. The traditional
variable step perturbation observation method which may slows down
tracking speed and leads to the tracking dead zone when the external
environment dramatically changes. Then an improved variable step
perturbation observation method is presented that the perturbation step
coefficient can be adjusted according to the changes in the external
environment automatically. It can find a set of maximum step
size△Dmaxand scale factor k to satisfy the problem of tracking under
different light intensity at the same time. Finally, the simulation and
experimental results show that the algorithm presented has faster dynamic
tracking speed and higher steady-state tracking accuracy than that of
光伏系统变步长扰动观察法MPPT算法研究
光伏系统变步长扰动观察法MPPT算法研究
王小昆，胡贤新
(中国矿业大学信电学院，江苏，徐州 221116)
摘要：光伏电池阵列输出功率受光照强度和温度变化的影响，因此最大功率点跟踪（MPPT）技术广泛应用于光伏系统中。在所有最大功率点(MPP)控制策略中，扰动观察（P&O）MPPT算法因易实现被广泛应用，然而它的缺点是在稳定工作状态下工作点通过MPP时会导致能量振荡损耗，并且在光照强度或温度发生突变时表现较差的动态响应。在本文中，提出一种改进型变步长扰动观察MPPT算法，此方法依据工作点动态调整步长变化，与传统固定步长方法比较，本文提出的方法能有效地提高MPPT速度和转换效率，通过仿真和实验结果分析，验证了此改进算法的可行性。
关键词：最大功率点跟踪；扰动观察法；变步长
Research on Variable Step Size P&O MPPT Algorithm for PV
Systems
WANG Xiao-kun，HU Xian-xin
(School of Information and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou,
Jiangsu 221116, China)
Abstract: Maximum power point tracking (MPPT) techniques are employed in photovoltaic (PV) systems to
maximum the PV array output power which depends on solar irradiance and temperature. Among all the MPPT
strategies,The P&O Maximum Power Point Tracking algorithm is mostly used, due to its ease of implementation.
基于SVR与扰动观察法的光伏阵列多峰值MPPT研究 2
超
基于ＳＶＲ与扰动观察法的光伏阵列多峰值ＭＰＰＴ研究
万晓凤，戴雅晨，刘 琦，杜利平，胡 伟
（南Ｈ大学信息 程学院ｎ动化系．江两南昌３３００３１）
摘要：当光伏组件出现局部阴影遮挡或光照不均匀时，光伏阵列的输出特性将发生改变，此时的Ｐ—Ｕ特・眭曲线将呈现多
峰值现象，传统的基于单峰Ｐ—Ｕ特性曲线的ＭＰＰＴ算法将失效，很难准确地跟踪到全局的最大功率点。为解决该问题，
提出了一种基于支持向量机回归与扰动观察法的ＭＰＰＴ融合算法。利用支持向量机的全局优化、泛化性能高的特点，结
合扰动观察法的控制简单、容易实现的优点来实现最大功率点的跟踪。仿真结果表明，在真实的光照、温度及光照突变
等外界条件下，该新型融合算法与传统的扰动观察法相比，光伏阵列在局部阴影下不会陷于局部峰值．能迅速准确地搜
寻到全局最大功率点。
关键词：光伏阵列；局部阴影；最大功率点跟踪；支持向量机回归
中图分类号：ＴＭ ６１ ５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００２—０８７Ｘ（２０１ ７）０５—０７７０—０４
ＭＰＰＴ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ＰＶ ａｒｒａｙ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ—ｐｅａｋ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ
ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ＳＶＲ
ＷＡＮ Ｘｉａｏ—ｆｅｎｇ．ＤＡＩ Ｙａ—ｃｈｅｎ，ＬＩＵ Ｑｉ，ＤＵ Ｌｉ—ｐｉｎｇ，ＨＵ Ｗｅｉ （Ｄｅｐａｎｍｅｎ ｚ ｏｆＡｕｔｏｍａｉｔｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆｌｎｆｏｍｍｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｎａｔ］ｃｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ．１ｉａｎｇｘｉ． ｊＤＯ－］Ｉ．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ ＰＶ ｍｏｄｕｌｅ ｊＳ ｕｎｄｅｒ Ｊｏｃａｌ ｓｈａｄｏｗ ｏｒ ｎｏｎ—ｕｎｉｆＯｒｍ ＩＩｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ｏｆ
环境因素影响风机MPPT的机理研究
环境因素影响风机MPPT的机理研究
苏勋文;徐殿国;杨荣峰;岳红轩
【摘 要】为分析环境因素对风机最大功率点跟踪(MPPT)的影响,以环境因素中气压、温度、海拨高度和相对湿度与空气密度的数学关系为基础,从机理上解释了环境因素引起的空气密度变化将改变风机原有的最优功率曲线和最优转矩曲线,并进一步定性分析了环境因素对不同MPPT算法的影响.在Matlab/Simulink分析平台上,搭建了功率信号反馈算法的双馈机组风电场模型.仿真对比了考虑环境因素的MPPT控制与不考虑环境因素的MPPT控制的风机输出特性.结果表明,风机采用考虑环境因素的MPPT控制将提高风机输出功率,从而证实了环境因素影响风机MPPT的机理.%To analyze the effects of environmental factors on MPPT of
wind turbine,basing on the mathematical relationships of air
pressure,temperature,altitude and relative humidity in environmental
factors with air density,it was explained that the change of air density
caused by environmental factors will change the original optimal power
curve and optimal torque curve of the wind turbine from the mechanism.
Furthermore,the influence of environmental factors on different MPPT
algorithms was analyzed qualitatively. Based on power signal feedback
基于扰动观察与模糊控制相结合的MPPT算法
基于扰动观察与模糊控制相结合的ＭＰＰＴ算法
岳改丽， 徐志财 （西安科技大学，陕西西安７１００５４）
摘要：随着化石能源的不断消耗，人类面临着巨大的能源危机，太阳能作为一种新能源越来越受到重视。分析了光伏电
池板的数学模型，针对光伏电池板输出特性及最大功率点的跟踪方法。主要介绍了模糊控制的扰动观察对最大功率点
跟踪的影响。利用Ｍａｔｌａｂ仿真软件对电路进行仿真，验证了模糊控制的扰动观察能减少最大功率点附近震荡的功率损
耗，且具有跟踪速度快等优点。
关键词：光伏电池；最大功率跟踪；模糊控制；扰动观察；Ｍａｔｌａｂ
中图分类号：ＴＭ ９１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—０８７Ｘ（２０１７）０１—０１１５—０４
Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ＭＰＰＴ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ＹＵＥ Ｇａｉ—ｌｉ．ＸＵ Ｚｈｉ—ｃａｉ （ｘ／’ａｆｌ Ｌ ｊｖｅ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ Ｓｈａｎｘｉ ７１００５４，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｓｓｉｌ ｅｎｅｒｇｙ，ｍａｎｋｉｎｄ ｆａｃｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｕｇｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｒｉｓｉｓ，ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ
ａｓ ａ ｎｅｗ ｋｉｎｄ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＰＶ ｐａｎｅｌｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．
Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＰＶ ｐａｎｅｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ，ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ
ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍａ×ｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｕｓｉｎｇ Ｍａｔｌａｂ
基于扰动观察法的光伏系统典型MPPT分析
民营科技２０１３年第９期 科技论坛 基于扰动观察法的光伏系统典型ＭＰＰＴ分析 朱心怡’黄克亚２尤凤翔２ （１、南京邮电大学海外教育学院，江苏南京２１０００３；２、苏州大学阳澄湖校区自动控制系，江苏苏州２１５１３） 摘要：太阳能光伏组件是非稳定电源，为有效利用太阳能，必须对其进行最大功率点跟踪（ＭＰ ）。现分析了光伏发电ＭＰＰＴ原 理，提出一种基于扰动观察法的ＭＰＰＴ控制方法，在Ｍａｆｌａｂ中建立扰动观察法仿真模型，仿真结果显示该算法简洁，容易实现，能够准 确地跟踪光伏阵列的最大功率点，且动态性能大大改善。有效地解决了常规的定步长扰动观察法的动态性能与稳态跟踪精度不能同时 获得的问题。 关键词：最大功率点跟踪；扰动观察法；光伏阵列 １概述 随着全球性能源危机和环境污染的Ｅｌ趋严重，有效、合理地 利用现有资源、保护环境已成为全球关注的焦点。太阳能光伏发 电具有无污染、无噪声、取之不尽、用之不竭等优点，成为新能源研 究的热点之一。然而太阳能光伏组件是非稳定电源，光照、温度、 负载的改变均会引起光伏电池输出功率变化，为有效利用太阳能 需要对其进行最大功率点跟踪Ⅲ。 ２光伏阵列ＭＰＰＴ原理 光伏组件的输出存在着功率最大点，在特定的温度和光照条 件下，组件能否工作在最大功率点取决于组件所接负载。光伏发 电系统中，光伏阵列和负载之间多采用ＰｗＭ脉冲控制的 ＤＣ／ＤＣ变换器，主要原因是调节ＰｗＭ脉冲的占空比Ｄ可以调 节变换器的输入／输出关系，实现阻抗匹配，从而实现光伏阵列的 ＭＰ Ｐ Ｔ控制。如图１所示为光伏阵列的Ｐ—Ｄ特性曲线，其中 Ｐ为光伏系统输出功率，Ｄ为ＤＣ—ＤＣ变换器开关管ＰＷＭ信号占 空比，并且当ｄＰ／ｄＤ＝０时，输出功率达到最大。通过扰动占空比Ｄ 来获得输出功率Ｐ的变化方向 。 雕，（ｄ 獬 畸｝ 棚邓哦 ｌ油 ｛ ＼俐 Ｄ曲 】 ｉ ｜ ． ｜ ， ．— ／ ｌ －．● ． ＿． ．＿ 占窑比｛Ｏ） 图１光伏系统Ｐ—Ｄ特性曲线 当光伏阵列与负载之间接Ｂｏｏｓｔ变换器时，如果负载为纯电 阻，变换器效率为１００％，忽略变换器电感自身电阻的情况下， Ｂｏｏｓｔ变换器的等效输入阻抗为 Ｒ’＝ＲＬ×（１一Ｄ） （１） 式中：ＲＬ为负载阻抗；Ｒ’为Ｂｏｏｓｔ变换器等效输入阻抗，Ｄ 为Ｂｏｏｓｔ开关管ＰＷＭ占空比。 由式（１）可知光伏阵列所接的等效负载是Ｄｃ—Ｄｃ变换器占 空比Ｄ和其所带负载的函数，调节变换器的占空比即可达到改变 光伏阵列等效负载的目的，使之在不同的外部环境下始终跟随光 伏阵列的内阻变化，两者动态负载匹配时就可以获得光伏组件的 最大输出功率，从而实现最大功率点跟踪。 于是论文提出一种基于占空比扰动的ＭＰＰＴ控制方法。直接 把占空比信号作为控制变量，只需要控制一个参数，从而使控制 器简单且便于实现，有利于降低系统成本［３】。 ３扰动观察法 ３．１扰动观察法跟踪原理。 扰动观察法原理是每隔一定的时间增加或者减少光伏阵列 输出电压，这一过程称为“干扰”，并观测之后其输出功率变化方 向，若△Ｐ＞Ｏ，说明参考电压调整的方向正确，可以继续按原来的 方向“干扰”；若△Ｐ＜０，说明参考电压调整的方向错误，需要改变 “干扰”的方向。其跟踪流程如图２所示，当光照或者温度突然变 化时，采用扰动观察法可能会产生误判现象，影响了最大功率跟 踪效果。 图２扰动观察法流程图 图３扰动观察法仿真电路 基金项目：江苏省２０１１年度高校科研成果产业化推广项目：ＬＥＤ照明系列产品推广应用暨太阳能大功率ＬＥＤ照明系统研发，项目编 号：ＪＨＺＤ１１－２５。 ‘ 作者简介：朱心怡（１９９２＿），女，本科生，研究方向：信号与信息处理。 黄克亚（１９８２一），男，讲师，硕士，研究方向：电气自动化。 尤凤翔（１９６ｃ｜＿一），男，教授，博士，研究方向：系统工程。