基于变步长滞环比较法的MPPT算法研究,分析一下

【专家解说】：太阳能光伏发电是21世纪的能源技术最热门的领域之一，是解决人类能源危机，引起广泛关注的重要手段之一。本文介绍的过程中，太阳能光伏并网控制逆变器，最大功率跟踪的原则，太阳能控制器，太阳能光伏逆变器的原理和主要的控制模式。太阳能光伏发电是21世纪的能源技术最热门的领域之一，是解决人类能源危机，引起广泛关注的重要手段之一。本文介绍的过程中，太阳能光伏并网控制逆变器，最大功率跟踪的原则，太阳能控制器，太阳能光伏逆变器的原理和主要的控制模式。 1导言：我们 随着工业文明的不断发展，对能源的需求越来越多。传统的化石能源一直无法满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源已成为关注的焦点问题。可再生能源，例如水能，风能，太阳能，潮汐能，生物质能源的形式不断映入人们的目光。水电作为可再生能源发电的最早应用已被广泛使用，但也有人提出了关于环境问题，安全问题，此外，水电开发程度较高的问题，并继续发展有一定的难度。使用风力发电在最近几年，也是一个热点问题，但风力发电有一定稳定性，噪音，大规模的并网对电网的影响，以及如何有效控制的开发和利用的风能仍是重点学术界的关注。在其余的可再生能源中，太阳能发电技术是最有价值的利用能源的形式之一。太阳能是丰富的，每一秒太阳到地球的能量相当于210亿万桶石油，相当于每天在世界上的能源消耗，运输。中国的太阳能资源也非常丰富，除了云贵高原的部分地区，大多数中国人都是地区太阳能资源丰富的地区，太阳能的利用是小于1/1000。因此，我们在大力发展太阳能的巨大潜力。 太阳能利用分为“光与热”和“光伏”两光热热水器被广泛应用于中国。光伏发电是将光能转化为电能发电的形式源于100多年前，“光生伏打击现象”。利用太阳能光伏技术。光伏发电技术，根据负载的离网和并网光伏发电技术早期是受成本因素的太阳能电池组件，满足偏远地区的离网型小功率电气问题无网格居民。随着成本下降，光伏组件，光伏发电成本的不断下降，预计2013年的安装成本可以降低到$ 1.5 /峰瓦的电力成本6分钱/（千瓦小时），光伏并网发电已成为可能。并逐渐成为主流的并网光伏系统。 本文介绍的系统组件和并网光伏发电系统的主要组成部分的工作原理。 2电网连接的光伏系统的结构 图1示出的连接到电网的光伏发电系统的结构。并网光伏发电系统由两个主要部分组成：首先，太阳能电池组件。传送到太阳光能转换成DC地球上的能源，二是太阳能控制逆变器和网络设备，并负责电池板的输出直流电力转换为电网可以接受的能量交换。据形式的单相或三相的太阳能逆变器的功率输出;带隔离变压器，隔离变压器也可以不配。 太阳能控制逆变器和电网设备，包括控制器，逆变器及监控保护装置组成。主控制器来实现的太阳能电池板的最大功率跟踪逆变器的直流输出的控制器主要负责的是能转化为稳定的工频交流电能输送电网监控保护单位主要负责生成系统的安全性如孤岛效应保护，并及时与上位机的通信来传递能量，传递信息的相关问题。 3太阳能控制器，其原理 3.1太阳能电池组件模型 图2中的硅太阳能电池板的光电理想的电路模型。其特征在于，IPH IPH是光电流值和面积？的光生伏打电池中，辐射的入射光和环境温度有关。 ID是暗电流。没有太阳光的情况下，外部特性的硅太阳能电池板的普通二极管相似。暗电流是在PN结光伏电池中的情况下的光的条件下，流过单向电流的外电压的作用。 v是开路电压，RS是串联电阻通常是小于1欧姆，RSH旁路电阻为几十千欧。 光伏电池的理想模型可以表示为： 其中，v是热电功率的电池板。 图3表示在特定的光条件下的太阳能电池板的电压特性。阴影部分是在相应的条件下，可以是电池板的最大输出功率。在高输出电压区域的太阳能电池板，具有低的内部电阻可被视为一系列的不同级别的电压源，在低输出电压区域的高电阻特性，电源供应器，一个电流源可以被视为不同的水平。电压源和电流源的交界处是在相应的条件下，电池板的最大输出功率。的电池板温度保持不变，将更改的最大功率值的光强度的变化的最大功率跟踪要求在电池板的输出功率自动跟踪大大条件。 3.2太阳能控制器电路拓扑的 图太阳能控制器的电路拓扑结构，和一个升压斩波器的原理，调整占空比的开关装置S调整电池板的等效负载阻抗来实现电池板的最大功率点跟踪功能。 3.3最大功率跟踪方法 最大功率点跟踪技术，两种技术：一种是CVT技术，近似模拟的最大功率跟踪控制端口电压的电池组件，这种方法很简单，在的原则，但跟踪精度是不够的，二是的MTTP技术，实时检测光伏阵列的输出功率，通过调整阻抗的方式，以满足最大功率点跟踪。目前，太阳能逆变器制造商MPPT技术的广泛采用。目前，常用MTTP的方法有两种。 （甲）扰动观察法（PO）：， 扰动观测法每隔一定的时间，以增加或减少的电压的变化方向，由观察的功率，来决定所述控制信号中的下一步骤。如果输出功率增加，则继续按照与前面的步骤中，电压的变化方向来改变电压，如果所检测出的输出功率减小时，不断变化的电压的变化的实际工作点的方向上，使光伏阵列可以逐渐接近目前的最大功率点。如果DC / DC转换器来实现通过施加的扰动来调节光伏阵列的输出电压或电流，从而达到目的，最大功率点跟踪MPPT控制，在具体实施应的占空比。如果使用较大的步长“干扰”，此跟踪算法的占空比可以得到快速跟踪光伏阵列的实际工作点，但在达到稳定状态附近处的振荡振幅的最大功率点，导致在某些损失电源，使用一个小的步长是正好相反。 （B），电导增量法（INC）： 光伏电池的最大功率点Pm在DP / DU = 0，不为0时结束DP /Dü。 为了使输出功率，（4）必须满足的数组，电导变化率等于负电导值。首先，假设光伏阵列的在一个给定的工作点的工作，然后采样光伏阵列的电压和电流来计算ΔV= V（n）的 - v时（n-1个）和Δi= I（N） - （n-1个），其特征在于：（n）的表示当前的采样值，第（n-1）的先前采样值;如果ΔV= 0，那么在使用ΔI的符号来确定的最大功率点的位置;如果和Δv≠0，根据Δi的/ΔV+的符号的I / V判断。 这种跟踪的最大优势的光伏电池，光强的变化，输出电压可以以平稳的方式的变化，电压波动比扰动观察法。其缺点是，它的算法是更复杂的，对硬件的要求，特别是在检测元件的精度要求是比较高的，因此，对整个系统的硬件成本会比较高。 太阳能逆变器电路拓扑如图5所示,5-a）是一个单相电网并网逆变器电路拓扑，5-B）三相并网逆变器太阳能逆变器的工作原理电路拓扑结构。从电路拓扑结构的控制点是电压型逆变电路。从所述控制模式下，电流控制电路。 4.1电路的工作原理 图6单相光伏并网逆变器的电路分析。 根据在AC侧的SS控制的正弦波和载波比较AB SPWM波4 u包含一个基本组成部分和L中的高次谐波的高次谐波的滤波效果可以忽略不计，当 AB AB苏氏与电网频率一致，我也是一致的，电网的正弦波。在一定条件下的电源电压， AB Si的振幅和相位的基波的振幅和相位的只有u决定，所以，可以实现电路的整流器，逆变器 AB和无功功率补偿等。图7示出的向量图的电路的操作，其特征在于，所述7-α）是一个整流器运行，7-b）中的逆变器操作,7-C）的无功功率补偿运行,7-d）的是I导致角φ运行。单相光伏逆变器 7-B）状态。 4.2电路的控制方法 光伏逆变器的功率因数，有较高的要求，以便准确地实现高功率因数逆变器的输出电流控制，通常是电流控制模式，有两种：一种是间接电流控制，也称为相位振幅控制，控制输出电流的矢量关系，如在图7中所示，控制原理很简单，但精度较差，一般不使用;二是直接的电流控制，给定的电流指令直接输出电流反馈收集，这种控制方式，控制精度高，准确率，系统的鲁棒性，被广泛应用于。 5个显示器保护单位介绍 监控保护装置的主要作用有： 保障安全的发电设备和电网的安全; 代表准确判断孤岛效应是监测和保护中的重要作用的单位; 区，智能电源管理，系统状态检测报告光伏发电系统的关键要考虑的因素。 5.1网状保护装置 电网保护装置，以实现以下保护功能：低电压保护，过电压保护，低频率保护，保护国家频率，过电流保护，孤岛保护策略的内容。通常需要建立大型光伏电站的冗余保护装置，以确保及时处理系统故障。 5.2孤岛检测技术 孤岛效应是指并网逆变器并网发电的电网设备仍然继续提供该州损失的压力电网线。当一个地区的岛屿国家的光伏发电并网的电网将不再控制电压和频率的电力孤岛。孤岛效应是光伏发电系统连接到电网的重型制造业的困难，同时可能会导致电器元件以及人身安全危害岛效应，必须避免。孤岛的检测方法中，有两个主要的，是被动的检测和活性的检测方法。 （A）被动式孤岛检测： 孤岛的发生和电网的分离载荷特性和电网的有功和无功功率之间的交流有很大的关系。有功波动导致端口电压的光伏发电系统的变化，电网脱离的反应性的波动会导致在光伏系统的输出的频率的变化。显而易见的脱离的网格，如果通过该端口的电压或输出频率的监测和网络系统的活性或反应性的波动可以检测岛屿的发生，这是无源孤岛检测方法的原理。然而，电网脱离，，如果有功功率和无功功率波动是小的，被动的检测方法存在检测盲区。 （B）主动式孤岛检测： 主动式孤岛检测方法，用更积极的频移法（AFD），其基本原理是网格系统的输出频率干扰的情况下，电网的频率扰动可以是，但是，大电网校正背面孤岛发生干扰的频率可以使系统变得不稳定，检测到发生孤岛。这种方法也存在检测盲区“，和相对高的无载品质因数，如果电压的振幅或频率的变化范围是小于一定值时，系统不能检测孤岛的状态，此外，将导致的频率扰动失真的输出电流波形，分析发现，当需要电能质量控制，的频率谐波补偿效果的干扰会造成更严重的影响。智能电源管理和系统状态监控系统，大型光伏电站位于在偏远地区，经常无人值守站。为了准确地测量电厂的电力输出和系统的运行状况，需要建立系统的智能电源管理和系统运行状况监控系统往往是基于计算机的数据处理平台和互联网技术，分布式发电系统收集的信息集中控制中心进行数据分析和处理工作，这部分的工作原理和系统结构没有详细说明这篇文章。 6结束语本文介绍了结构的光伏系统，一个系统块图的主要成分，功能。的基本原则的最大功率点跟踪光伏逆变器主电路的拓扑结构和控制方法。太阳能光伏发电技术“朝阳技术”可以完全改变人们的生活，并有一个光明的未来，让我们共同期待光伏发电技术做出更大的贡献，为人类的明天。