光伏发电非线性功效探究范文

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根据电子学理论，得到太阳能电池等效电路[3]（图2）。式中：V，I是太阳能电池接负载时输出电压和电流；Iph是光生电流；I0是太阳能电池的反向饱和电流；Rs是串联电阻；Rsh是并联电阻；K是库尔兹曼常数；UJ是结电压;I''''ph是标准条件下的光生电流；ΔT是实际温度与标准温度（25℃）的差值；G''''是实际光照强度与标准光照强度（1000W/㎡）的差值；K1是短路电流常数，KV是开路电压常数。

太阳能电池U-I输出特性曲线见图3。图3中Isc是短路电流，Uoc是开路电压。当环境条件改变时，输出曲线也发生相应的改变。光照强度一定，温度升高，曲线由a变b；温度一定，光照强度增强，曲线由a变c，即光照强度对短路电流影响较为明显，而温度对开路电压影响较为明显。太阳能电池功率-电压输出曲线见图4。可见在外界条件一定的情况下，功率曲线存在一个最大功率点。根据文献[5]可知，该最大功率点对应大约0.78Uoc处。

新型最大功率跟踪算法

1常见最大功率跟踪算法

常见的最大功率跟踪算法有恒压法、扰动观察法和电导增量法等。恒压法检测参数少，启动时间快，但工作电压的设置困难，对系统影响较大。扰动观察法是一种比较实用的MPPT控制算法，算法简单，但步长固定，存在功率振荡，无法兼顾跟踪精度和响应速度，在特定情况下可能判断错误。电导增量法是目前跟踪MPP快速而准确的算法之一，但参数采样精度要求高，算法复杂，系统启动时间慢。

2新型最大功率跟踪算法

图1已测得同一天太阳能电池的温度曲线和辐射曲线。曲线1为太阳能电池表面接受辐射曲线，曲线2为太阳能电池表面温度曲线。同时，测得太阳能电池一天内功率输出曲线（图5）。由图5可见，实际条件下功率曲线局部呈现锯齿状，即存在局部最大功率点。

针对实际曲线的波动性和传统方法的缺点，本文提出一种非线性最大功率跟踪算法。该算法有以下优点：采用e指数步长，该步长主要考虑到最初采样的位置与MPP位置的距离，当距离较远时，采用e的正指数步长进行跟踪，若判断距离MPP位置较近时，采用小步长即e的负指数步长进行跟踪，由图6可知，步长一直处于变化过程中，更能适应实际情况，从而提高系统的跟踪速度。根据实际功率波动的现象和已有的研究结果，增加了局部最大功率点判断环节，通过与最大功率点理论值0.78Uoc相比较，判断系统是否工作在局部最大功率点处，通过该环节可以排除误判现象的发生，提高系统准确率。

非线性MPPT流程图见图7，其中W是最小误差，用以判断系统是否稳定工作在最大功率点处；A是常量，约为0.78Uoc；W*是局部最大功率误差，判断系统是否在局部最大功率点；Q为界定误差，判断系统距离最大功率点的距离。当采样功率差值小于W，则说明系统工作在最大功率点处，随后进入局部最大功率点判断环节，若电压差小于W*则表示系统工作在系统最大功率点处，判定结束；若电压差大于W*，则系统工作在局部最大功率点，需继续判定。若功率差大于W，则进行下一步判断。若功率差大于Q，则系统此时工作距离最大功率点较远位置，需采用大步长跟踪，即用正指数步长，若功率差小于Q，则表示系统工作点距离最大功率点较近，需采用小步长，即用负指数步长。步长的增减判断是依据功率差值的正负，差值为正，则步长增加，差值为负，步长减小。

仿真及试验结果

根据以上研究，利用Matlab/simulink工具,建立了光伏阵列MPPT仿真模块（图8）。图8为仿真模块内部结构，其中sfunpv为S函数，用来求解任意太阳辐射、环境温度下太阳电池的最大功率点的电压Vmp和电流Imp。输出端1，2是最大功率跟踪后得到最大功率点处的输出电流、输出电压。系统通过给定开路电压Voc，短路电流Isc，改变环境温度、光照条件等参数后，利用新型跟踪算法进行最大功率跟踪。试验对两种跟踪方法进行仿真，一种是常见的扰动观察法，另一种是采用本文最大功率跟踪法。在光照强度为1000W/㎡，外界温度为25℃时，电池输出电压见图9（扰动观察法步长为1，0.1）。图10为采用非线性最大功率跟踪法后得到的太阳能电池的输出电压。

从仿真结果可见，扰动观察法步长为0.1时，电压稳态时波动很小，但其动态响应时间较长；当步长为1时，动态响应时间缩短，但是电压稳态时波动较大。新型最大功率跟踪法与扰动观察法相比，响应速度快，稳态时波动较小，动态性和稳态性都得到很好的改善。图11是系统进行光照、温度在某时刻发生变时，使用新型最大功率跟踪功法进行最大功率跟踪时光伏电压输出波形。由图11可见，新型最大功率跟踪算法能及时进行最大功率跟踪，其动态响应较快，稳态输出电压震荡较小，且没有出现误判现象，快速有效地实现了电池最大功率跟踪。

结术语

通过试验验证，本文提出的变步长扰动进行最大功率跟踪的算法，能够快速跟踪到系统最大功率点，不会使系统停留在局部最大功率点，从而减少了系统功率损耗，提高系统效率。

作者：赵云凤李田泽陈世宝赵敬单位：山东理工大学电气与电子工程学院