MPPT算法在光伏發(fā)電中的應(yīng)用范文

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1Newton插值法

1．1最大功率點(diǎn)附近的多項(xiàng)式推導(dǎo)分析光伏電池模型實(shí)際是由單個(gè)電池串并聯(lián)組成，其中并聯(lián)電阻很大，串聯(lián)電阻很小，兩者之比幾乎為104倍，因此，在實(shí)際應(yīng)用中忽略了因并聯(lián)電阻存在的漏電流和因內(nèi)電阻引起輸出電壓下降。那么光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型可以簡(jiǎn)化為。光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定工作點(diǎn)在恒壓區(qū)，也就是工作點(diǎn)的電壓變化很小，因此光伏電池最大功率點(diǎn)附近的工作電壓U可近似等于最大功率點(diǎn)處的工作電壓Um。根據(jù)簡(jiǎn)化的模型可以得到在最大功率點(diǎn)附近的輸出功率。

1．2Newton插值mppt算法Newton插值算法利用二次插值的思想，僅通過(guò)一步就可以跟蹤到最大功率點(diǎn)，在跟蹤速度和精準(zhǔn)度上有很大優(yōu)點(diǎn)。Newton插值MPPT算法原理:采集系統(tǒng)最大功率點(diǎn)附近3個(gè)工作點(diǎn)(U0，P(U0))，(U1，P(U1))，(U2，P(U2))，應(yīng)用Newton插值法構(gòu)造出光伏電池V－P曲線。Newton插值法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如表1所示。

1．3改進(jìn)型MPPT算法通過(guò)對(duì)以上兩種方法的分析和研究，擾動(dòng)觀察法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)但存在振蕩，Newton插值法實(shí)現(xiàn)跟蹤精度高，所以本文提出了一種將兩者相結(jié)合的改進(jìn)型MPPT算法，能夠提高系統(tǒng)最大功率跟蹤的穩(wěn)態(tài)精度和跟蹤的精度。該算法具體實(shí)現(xiàn)的思想是首先用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法快速跟蹤到最大功率點(diǎn)附近。0時(shí)，說(shuō)明最大功率點(diǎn)在所取的三個(gè)點(diǎn)之間，此時(shí)用Newton插值法快速擬合出三點(diǎn)之間的曲線，精確的跟蹤到最大功率點(diǎn)處。該算法實(shí)現(xiàn)的流程圖如圖3所示。情況(1)如圖4所示，說(shuō)明此時(shí)在最大功率點(diǎn)的左側(cè)正在上坡，那么需要沿著同方向擾動(dòng)，擾動(dòng)量是變步長(zhǎng)的，步長(zhǎng)擾動(dòng)量為h=a*k1*k2，a為擾動(dòng)速度因子，文中取2，擾動(dòng)后令電壓:uout=u(k－2)+h。情況(2)如圖5所示，說(shuō)明此時(shí)在最大功率點(diǎn)的右側(cè)正在下坡，那么需要向相反方向擾動(dòng)，擾動(dòng)后的電壓為uout=u(k)－h(huán)。當(dāng)k1*k2＜0時(shí)，k1＞0，k2＞0或者k1＜0，k2＞0，如圖6中③所示，說(shuō)明此時(shí)最大功率點(diǎn)在這三點(diǎn)之間，那么用Newton插值法快速跟蹤到最大功率點(diǎn)處，用DSP來(lái)控制輸出電壓。牛頓插值的輸出電壓公式。

2仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該改進(jìn)型算法，本文以MATLAB為工具搭建了相關(guān)三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真模型，如圖7所示，設(shè)定相關(guān)仿真參數(shù):直流側(cè)上下電容均設(shè)定為4000μF，每相濾波電感設(shè)定為4mH，逆變橋?yàn)槿娖酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，PV組件陣列的開路電壓設(shè)置為748V，短路電流設(shè)置為26．5A，最大功率點(diǎn)電壓設(shè)置為600V，最大功率點(diǎn)電流設(shè)置為24．5A，三相電網(wǎng)電壓設(shè)置為380V，頻率50Hz。在PV模塊中，數(shù)字25所在的模塊代表環(huán)境溫度，取25℃，溫度模塊下方的是光照強(qiáng)度模塊，time一欄中輸入時(shí)間點(diǎn)，amplitude一欄中輸入光照強(qiáng)度，在0時(shí)刻，設(shè)定對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度和溫度等的綜合因子為1，當(dāng)0．5時(shí)刻，設(shè)定對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度和溫度等綜合因子為0．8。仿真結(jié)果如圖8所示:為光伏系統(tǒng)的MPPT跟蹤效率，能夠在0．2s內(nèi)精確的跟蹤到最大功率點(diǎn)處的電壓，在0～0．5s之間，外界環(huán)境溫度和光照等綜合因子為1時(shí)，PV組件的電壓始終跟隨在MPPT計(jì)算出的最大功率點(diǎn)的電壓值600V附近，與實(shí)驗(yàn)設(shè)定的電壓相符合，在0．5s處加了外界干擾，將光照強(qiáng)度和溫度等綜合因子由1降為0．8，此時(shí)電壓也跟著下降，發(fā)生輕微振蕩，但在干擾的情況還是能得到最大功率，在0．6s處取消外界干擾，電壓也恢復(fù)上升，重新跟隨在MPPT計(jì)算出的當(dāng)前環(huán)境下的最大功率點(diǎn)的電壓附近，這表明無(wú)論外界環(huán)境如何變化，PV組件始終工作在最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓，很好地完成了最大功率跟蹤的任務(wù)。傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法和改進(jìn)MPPT算法在最大功率點(diǎn)附近的振蕩對(duì)比如圖9和圖10所示。由以上對(duì)比可知:改進(jìn)型MPPT算法比傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法在最大功率點(diǎn)處的振蕩明顯減小，基本能夠精確的跟蹤，解決了振蕩問(wèn)題帶來(lái)的能量損失。

3結(jié)束語(yǔ)

最大功率跟蹤技術(shù)是提高光伏發(fā)電效率的關(guān)鍵技術(shù)，在分析了傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法和Newton插值法的MPPT算法的基礎(chǔ)上，文中提出了基于兩種算法結(jié)合的改進(jìn)MPPT算法。該改進(jìn)型MPPT算法不僅克服了系統(tǒng)跟蹤精度差以及在環(huán)境發(fā)生突變情況下容易出現(xiàn)誤判的缺點(diǎn)，而且能夠快速的跟蹤到最大功率點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。通過(guò)利用MAT-LAB搭建系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果表明，外部環(huán)境變化情況下，改進(jìn)型MPPT算法能夠快速實(shí)時(shí)跟蹤最大功率點(diǎn)，在最大功率點(diǎn)附近只有很小的振蕩，達(dá)到了較為理想的跟蹤精度。說(shuō)明了該改進(jìn)型MPPT算法有可行性和穩(wěn)定性。

作者：高嵩 馬紅利 何寧 陳超波 單位：西安工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院