光伏發電非線性功效探究范文

本站小編為你精心準備了光伏發電非線性功效探究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

根據電子學理論，得到太陽能電池等效電路[3]（圖2）。式中：V，I是太陽能電池接負載時輸出電壓和電流；Iph是光生電流；I0是太陽能電池的反向飽和電流；Rs是串聯電阻；Rsh是并聯電阻；K是庫爾茲曼常數；UJ是結電壓;I''''ph是標準條件下的光生電流；ΔT是實際溫度與標準溫度（25℃）的差值；G''''是實際光照強度與標準光照強度（1000W/㎡）的差值；K1是短路電流常數，KV是開路電壓常數。

太陽能電池U-I輸出特性曲線見圖3。圖3中Isc是短路電流，Uoc是開路電壓。當環境條件改變時，輸出曲線也發生相應的改變。光照強度一定，溫度升高，曲線由a變b；溫度一定，光照強度增強，曲線由a變c，即光照強度對短路電流影響較為明顯，而溫度對開路電壓影響較為明顯。太陽能電池功率-電壓輸出曲線見圖4。可見在外界條件一定的情況下，功率曲線存在一個最大功率點。根據文獻[5]可知，該最大功率點對應大約0.78Uoc處。

新型最大功率跟蹤算法

1常見最大功率跟蹤算法

常見的最大功率跟蹤算法有恒壓法、擾動觀察法和電導增量法等。恒壓法檢測參數少，啟動時間快，但工作電壓的設置困難，對系統影響較大。擾動觀察法是一種比較實用的MPPT控制算法，算法簡單，但步長固定，存在功率振蕩，無法兼顧跟蹤精度和響應速度，在特定情況下可能判斷錯誤。電導增量法是目前跟蹤MPP快速而準確的算法之一，但參數采樣精度要求高，算法復雜，系統啟動時間慢。

2新型最大功率跟蹤算法

圖1已測得同一天太陽能電池的溫度曲線和輻射曲線。曲線1為太陽能電池表面接受輻射曲線，曲線2為太陽能電池表面溫度曲線。同時，測得太陽能電池一天內功率輸出曲線（圖5）。由圖5可見，實際條件下功率曲線局部呈現鋸齒狀，即存在局部最大功率點。

針對實際曲線的波動性和傳統方法的缺點，本文提出一種非線性最大功率跟蹤算法。該算法有以下優點：采用e指數步長，該步長主要考慮到最初采樣的位置與MPP位置的距離，當距離較遠時，采用e的正指數步長進行跟蹤，若判斷距離MPP位置較近時，采用小步長即e的負指數步長進行跟蹤，由圖6可知，步長一直處于變化過程中，更能適應實際情況，從而提高系統的跟蹤速度。根據實際功率波動的現象和已有的研究結果，增加了局部最大功率點判斷環節，通過與最大功率點理論值0.78Uoc相比較，判斷系統是否工作在局部最大功率點處，通過該環節可以排除誤判現象的發生，提高系統準確率。

非線性MPPT流程圖見圖7，其中W是最小誤差，用以判斷系統是否穩定工作在最大功率點處；A是常量，約為0.78Uoc；W*是局部最大功率誤差，判斷系統是否在局部最大功率點；Q為界定誤差，判斷系統距離最大功率點的距離。當采樣功率差值小于W，則說明系統工作在最大功率點處，隨后進入局部最大功率點判斷環節，若電壓差小于W*則表示系統工作在系統最大功率點處，判定結束；若電壓差大于W*，則系統工作在局部最大功率點，需繼續判定。若功率差大于W，則進行下一步判斷。若功率差大于Q，則系統此時工作距離最大功率點較遠位置，需采用大步長跟蹤，即用正指數步長，若功率差小于Q，則表示系統工作點距離最大功率點較近，需采用小步長，即用負指數步長。步長的增減判斷是依據功率差值的正負，差值為正，則步長增加，差值為負，步長減小。

仿真及試驗結果

根據以上研究，利用Matlab/simulink工具,建立了光伏陣列MPPT仿真模塊（圖8）。圖8為仿真模塊內部結構，其中sfunpv為S函數，用來求解任意太陽輻射、環境溫度下太陽電池的最大功率點的電壓Vmp和電流Imp。輸出端1，2是最大功率跟蹤后得到最大功率點處的輸出電流、輸出電壓。系統通過給定開路電壓Voc，短路電流Isc，改變環境溫度、光照條件等參數后，利用新型跟蹤算法進行最大功率跟蹤。試驗對兩種跟蹤方法進行仿真，一種是常見的擾動觀察法，另一種是采用本文最大功率跟蹤法。在光照強度為1000W/㎡，外界溫度為25℃時，電池輸出電壓見圖9（擾動觀察法步長為1，0.1）。圖10為采用非線性最大功率跟蹤法后得到的太陽能電池的輸出電壓。

從仿真結果可見，擾動觀察法步長為0.1時，電壓穩態時波動很小，但其動態響應時間較長；當步長為1時，動態響應時間縮短，但是電壓穩態時波動較大。新型最大功率跟蹤法與擾動觀察法相比，響應速度快，穩態時波動較小，動態性和穩態性都得到很好的改善。圖11是系統進行光照、溫度在某時刻發生變時，使用新型最大功率跟蹤功法進行最大功率跟蹤時光伏電壓輸出波形。由圖11可見，新型最大功率跟蹤算法能及時進行最大功率跟蹤，其動態響應較快，穩態輸出電壓震蕩較小，且沒有出現誤判現象，快速有效地實現了電池最大功率跟蹤。

結術語

通過試驗驗證，本文提出的變步長擾動進行最大功率跟蹤的算法，能夠快速跟蹤到系統最大功率點，不會使系統停留在局部最大功率點，從而減少了系統功率損耗，提高系統效率。

作者：趙云鳳李田澤陳世寶趙敬單位：山東理工大學電氣與電子工程學院