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最大功率跟踪

2015-12-04 10:47:56 点击:1176

最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制的目的是实现光伏电池的最大功率输出。该过程实质是一个动态寻优过程,通过对当前光伏电池输出电压U与电流I的检测,得到当前光伏电池的输出功率,然后与前一时刻光伏电池的输出功率相比,取两者中较大的值;在下一周期,再检测U、I进行比较,取较大的值,如此循环,便可实现MPPT控制。
MPPT控制算法有多种实现方式,常用的有恒电压跟踪法、扰动观察法、增量电导法以及模糊控制算法等。
(1)恒电压跟踪法。
严格意义上来说,恒电压跟踪法是一种曲线拟合的工作方式,其工作原理是:室外温度一定时,光伏电池最大功率点的分布几乎存在于一垂直线两侧,即光伏电池的最大功率点对应某个恒定电压,只需找到Umax并控制光伏电池使之输出恒定在Umax即可。实际上这是把MPPT控制简化成稳压控制。
恒电压跟踪法优点明显,控制简单易实现、可靠性高,能提高光伏电池20%的效率;缺点是忽略了环境温度对光伏电池输出电压的影响。以单晶硅为例,环境温度每升高1℃,其光伏电池输出电压下降0.3%~0.4%,即光伏电池最大功率点对应的Umax会随着环境温度的变化而变化,所以恒电压跟踪法不适合温度变化较大的场所。
(2)扰动观察法。
扰动观察法(Perturbation and Observation Method,简称PO法)的原理是先给一个扰动输出电压信号(UPV+△U),然后测量光伏电池输出功率的变化并与扰动前的功率相比较,如果大于之前的功率值,表明扰动方向正确,可继续向同(十△U)方向扰动;如果小于之前的功率值,则往反(-△U)方向扰动。此方法优点是结构简单,测量参数少,通过不断扰动达到最大功率输出。缺点是初始值UPV和跟踪步长△U值的选取,对跟踪精度和速度有很大影响,而且在光伏达到最大功率点处扰动仍会继续,使其有可能在最大功率点附近振荡,导致功率损失,降低光伏电池的效率。
(3)增量电导法。
增量电导法(Incremental Conductance Method,简称IC法)与扰动观察最大的区别是避免了盲目性。扰动观察法是通过调整工作点电压,使之逐渐近最大功率点电压来实现光伏电池最大功率点的跟踪,但最大功率点的方向并不确定。而增量电导法能判断出工作点电压与最大功率点之间的关系,通过每次的测量和比较,估算出最大功率点的大致位置,再根据计算结果进行调整,避免了电压调整时的盲目性。同时也保证了在日照强度变化时,光伏电池的输出端电压平稳变化,其电压的波动较扰动观察法小。
(4)最大功率点跟踪的模糊控制。
控制算法是以模糊集合理论、模糊语言以及模糊逻辑推理为基础,是一种非线性智能控制方法。模糊控制的基本原理是将光伏输入量进行模糊化处理,通过模糊推理及反模糊处理进行最大功率跟踪控制,并将输出变量进行反馈迭代达到最佳控制效果。此外,在模糊化和反模糊处理中,可通过知识库进行修正,提高最大功率追踪的精度。
在设计模糊控制器的时候需注意以下几点:
1)确定模糊控制器的输入量和输出量;
2)列写出模糊控制器的规则;
3)选择论域并确定相关参数。