一种单级光伏并网系统的MPPT算法的分析(下)

4、改进型P&O法 　　该改进型P&O算法主体也是扰动观察法，先缓启动使得太阳能电池端电压在79%的开路电压附近，在后面的跟踪过程中根据太阳能电池端电压变化率进行变步长，该算法的实现软件流程及仿真结果如图6所示。 图6 改进型P&O的仿真 　　5、FPO-MPPT控制算法的软件仿真 图7 FPO-MPPT算法仿真电路图 　　为了验证FPO算法的有效性，本文基于PSIM仿真软件平台搭建仿真电路，仿真电路图如图7所示。仿真参数设置如下：光伏阵列开路电压Vo=600V，短路电流Is=16A，参考太阳辐射Rref=1000W/m2，参考温度Tref=25摄氏度，最大功率点电压Vmax=460V，最大功率点对应电流Imax=13.6A，实际温度Tin=25摄氏度，0~5s间实际太阳辐射Rin=1000W/m2，通过控制图中MUX模块的输入选择端来选择当前实际太阳辐射量，分别在5s和10s时刻改变选择端口信号值来进行日照阶跃响应测试，由图中的DLL模块来完成整个FPO算法的实现。 　　FPO-MPPT算法的仿真结果如下图8所示，图8为整个仿真过程的光伏阵列输出功率、端电压及输出电流的响应特性曲线图，图中的功率值为实际功率值，PV电压为实际值的10倍，PV电流值为实际值的150倍。为了方便说明，将整个仿真工作过程分为9段，编号如图中I、II、…IX。 　　I阶段，系统检测光伏阵列的开路电压，并缓启动并网电流，知道PV电压为79%的PV开路电压；II阶段，系统控制光伏阵列端电压稳定，同时进行扰动寻优，找到最大功率点；III阶段，系统稳定工作在最大功率点；IV阶段，太阳辐射量阶跃下跌，导致PV电压瞬时急剧减小，在模糊PI控制器的控制下，系统降低并网功率是的PV电压恢复到日照变化前电压值；V阶段，系统继续寻优最大功率点；VI阶段，系统稳定工作在新的最大功率点；VII阶段，太阳辐射量阶跃增大，导致PV电压瞬时急剧上升，在模糊PI控制器的作用下，系统增大并网功率使得PV电压下降到日照变化前水平；VIII阶段，系统继续寻优最大工作点；IX阶段，系统稳定工作在新的最大功率点；图8（b）和图8（c）分别为在日照阶跃发生变化时刻5s和10s附近PV电压的响应特性曲线和输出并网电流的响应特性曲线图。 　　图中PV电压值为实际的电压值，输出电流值为实际值的10倍。由8的三张仿真结果图可以看出，相比图6中的仿真波形，在FPO-MPPT算法的控制下，系统能快速稳定地跟踪最大功率点并能有效的克服母线电压崩溃现象。同时，在响应功率阶跃突变时，能缓慢地控制输出电流做相应的变化，不致因输出电流突变太厉害导致系统工作不稳定。 图8 FPO-MPPT算法仿真波形图 　　6、FPO-MPPT控制算法的实验测试 　　为了验证该算法是否能在实际工况下保证系统稳定地工作及寻优到最大功率点，本文在基于TMS320F2808搭建的样机平台上进行实验，对于稳定性实验，采取在不同天气情况下让机器不间断运行，并定时记录其运行数据的方式进行实验。本文记录一个工作点数据的时间间隔为15分钟，从上午8:30记录到下午17:00.=。太阳能电池放于屋顶，能充分接受日照，由于太阳能电池的结温不好测量，因此本文采用测量日照下太阳能电池旁边的环境温度来作为结温数据，虽然测出来数据与实际结温数据有所不同，但总体上能反应出结温的变化（结温等于环境温度与太阳能电池引起的温升之和）。实验波形图如图9所示。 图9 不同天气下样机日运行曲线 　　对于图9（a），测试天气为晴，午后多云，在上午11点之前，从总体趋势来看，环境温度慢慢增高，日照强度渐渐增强，系统并网功率也逐渐加大，太阳能电池板端电压在小范围内波动，不断跟踪最大功率点；11点到13点45分这一段，是该天日照最强的时间段，此时太阳能电池板能发出很大的功率，但由于系统对输出并网功率的限制，这一时间段内，并网功率不随光照而变，始终保持为额定功率，因此，此时的太阳能电池板端电压比较高，并且随日照的强弱而高低变化。 　　到下午12点之后，天气转为多云，功率随日照强度的变化而变化，极板端电压也开始波动去跟踪最大功率点，到17点，日照强度抬入，系统几乎供不出电。对于图9（b），测试时的天气为阴，全天温度比较恒定，并网功率的峰值差不多为一半的额定功率，并随日照而变化。 　　为了验证该算法是否能保证系统在光照阶跃或某些极板故障情况下能继续稳定工作而不发生母线电压崩溃现象，采取对四组太阳能电池板接四组空开，控制空开的突然切断与闭合来模拟输入功率的阶跃变化。实验波形如图10所示。 图10 输入功率阶跃变化测试曲线 　　将图10的实验波形与图8相比较，实验结果还是比较符合仿真结果，系统在输入功率阶跃变化的情况下均能稳定工作，有效避免了母线电压"崩溃"现象。