【精品】光電應(yīng)運(yùn)系統(tǒng)中最大功率跟蹤技術(shù)的評(píng)估

1、光伏應(yīng)運(yùn)系統(tǒng)主要的mppt技術(shù)的評(píng)估摘要一一本文介紹對(duì)常用的最大功率跟蹤(mppt)技術(shù)的評(píng)估， 通過(guò)對(duì)可用功率、pv電壓波紋、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和傳感器的使用等跟蹤因 t(tf)做有一個(gè)意義的比較來(lái)對(duì)mppt技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。為了驗(yàn)證分 析程序，使用matlab/simulink和dspace ,將一個(gè)數(shù)字控制的 dc-dc升壓整流器連接到安捷倫太陽(yáng)能陣列板e(cuò)4350b模擬器上。 這個(gè)主要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由傳統(tǒng)的mppt算法和如基于比例一積分 (pi)的ic法與基于pi的擾動(dòng)觀察法等改進(jìn)的mppt算法而得出 的。此外，使用一個(gè)能夠在線編程的功率曲線和計(jì)算tf的用戶(hù)界 面，就可以對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和tf進(jìn)行評(píng)估。最后，

2、用一個(gè)典型的日用絕 緣材料來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)鍵詞光電(pv)能源,pv最大功率點(diǎn)(mpp)跟蹤(mppt)算法，pv功率曲線，pv跟蹤因子(tf) oi.介紹石油危機(jī)表明了能源需求在不斷的增長(zhǎng)和傳統(tǒng)燃料供應(yīng)在不斷 的減少，隨著環(huán)保的關(guān)注，這促使著人類(lèi)去研究和發(fā)展具有清潔、 可再半和對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)的可替代的能源資源。目前，在可替 代能源中，將從pv電池中獲得的電能作為一種更為有用的口然能 源，因?yàn)樘?yáng)能是免費(fèi)的、充足的、清潔的分布在整個(gè)地球上，同 時(shí)也是地球上所有能源生產(chǎn)過(guò)程的主要因素。此外，盡管大氣對(duì)陽(yáng) 光有反射和吸收的作用，但是入射到地球表面的太陽(yáng)能大概是全球 消耗能源的萬(wàn)倍之上。pv電

3、池的優(yōu)點(diǎn)是可以減少二氧化碳排放。到 2030年，由于pv電池的使用，每年二氧化碳減排量大約在1吉 噸，這相當(dāng)于印度在2004年的排放總量，或者是300個(gè)火電的總排 放量【1】。根據(jù)專(zhuān)家介紹，到2040年從pv電池上獲取的能量將會(huì) 成為重要的可替換的可再生能源。在這種情況下，分布式能源概念 的提出具有現(xiàn)實(shí)意義和可行性的技術(shù)手段，也促進(jìn)了世界范圍內(nèi)各 項(xiàng)研究工作和研究水平的標(biāo)準(zhǔn)化。盡管通過(guò)pv電池來(lái)發(fā)電具有很多 優(yōu)點(diǎn)，但是其轉(zhuǎn)換效率低，而且初始投資費(fèi)用也十分高；因此，為 了在操作中得到最大效率，使用技術(shù)方法從面板中得到最大功率是 十分有必要的。在均勻的光照條件下，pv板上出現(xiàn)一個(gè)獨(dú)特的操作 點(diǎn)，這

4、個(gè)點(diǎn)就是最大功率點(diǎn)。光電功率的特點(diǎn)是非線性的，如圖1 所示。在圖一中考慮到太陽(yáng)輻射和溫度變化以及負(fù)載的變化，從單 獨(dú)的pv電池中提取最大功率是十分復(fù)雜的事情。因此，為了克服這 個(gè)問(wèn)題，在文獻(xiàn)【3】-【21】中已經(jīng)提到了多種方法來(lái)提取最大功 率，仔細(xì)比較這些方法可以得到對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常有要的信息。因 此，本文的主要目的就是通過(guò)在matlab/simulink中的模型和實(shí)驗(yàn) 結(jié)果，再對(duì)電壓波紋、方法的啟動(dòng)、跟蹤因子和傳感器的使用做深 入比較，來(lái)進(jìn)行mppt技術(shù)評(píng)估。mppt算法比較的相關(guān)論文可以在 文獻(xiàn)【22】-【26】中可以找到。然而，本文提出了另外一些關(guān)于 mppt算法、它們的流程圖、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和

5、改進(jìn)后的mppt中的基于pi 的ic法和p&0法的比較，市于基于pi的ic法和p&0法有特有的自 適應(yīng)能力，其實(shí)驗(yàn)效果非常好。最后，在如此多的mppt實(shí)驗(yàn)方法 中，典型的日功率曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果在文獻(xiàn)中卻找不到。10(v)cmompp2025303551015voltage (v)圖1 pv電流和電壓特性rs iii 光電板模型pv電池的等效模型如圖2所示，用反向并聯(lián)一個(gè)二極管的電流 源和插入的非理想特性的的他（串聯(lián)電阻）與心（并聯(lián)電阻）組成 最簡(jiǎn)模型。pv面板仿真模型是基于一個(gè)pv輸出電流的等效模型，其數(shù)學(xué)等式可以表示為:(1)這里v表示光電板輸出的光電電壓，5表示光電流，人表示穩(wěn)

6、態(tài)電 流，g表示電荷量（1.6x10_,9c）, 表示p-n結(jié)的品質(zhì)因素，k表示波 特茲曼常數(shù)（1.8x10也丿/k）, t表示溫度（開(kāi)爾文）。當(dāng)電流i接近于實(shí)際的pv電流時(shí)，將等式（1）改進(jìn)以出現(xiàn)一 個(gè)零跟。因此等式（1）就變成了等式（2）作為自己的pv電流函 數(shù)。用+八心）“ k-tv +心rp(2)通過(guò)求零值的可微函數(shù)newton-rhapson迭代法（3）得到電流i的 近似值，其中，電流i的初始值為零。(3)這樣，公式（2）的導(dǎo)數(shù)為:(4)；q(v+i r)/k t 9 * rs'kt rp根據(jù)上述的等式，在matlab/simulink中就可以創(chuàng)建模擬pv板 的嵌入函數(shù)。這個(gè)

7、模型相當(dāng)于一個(gè)電壓源，積分器表示用于存儲(chǔ) pv板入射電流的電容。光伏電氣參量如表i.所示。最大功率鶯=200旳最大功率處電壓%, = 26.3v最大功率處點(diǎn)流% =7.61a開(kāi)路電壓v,c = 32.9v短路電流5 =8.21 a短路電流溫度系數(shù) = 3.18xlo_3a/°c表i-光伏電氣參量參1015202530355voltage (a)5020906030o21(m)god圖3.在不同光照水平下的pv功率特征18050k -820k823(mrqmod906030 jfiv -jit°05101520253035voltage (v)圖4.在不同溫度下的pv功率特征

8、圖3.和圖4.中所示，考慮光照強(qiáng)度和溫度變化因素得到的pv 電池的功率特征。從圖中可知功率特性為非線性，并受氣候變化影 響大。iii.主要的mppt技術(shù)a. 固定占空比法固定占空比法是最簡(jiǎn)單的方法，它不需要反饋，而對(duì)mpp負(fù)載 阻抗只需要調(diào)節(jié)一次。b. 恒電壓方法在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，恒電壓(cv)法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在mpp處的電 壓(vmpp)大約是pv開(kāi)路電壓(v0c)的70%-80%。這些mpp點(diǎn)在 不同的大氣條件下，甚至光照強(qiáng)度發(fā)生變化，該模塊終端的電壓變 化特別小，但是當(dāng)溫度變化的吋，終端電壓就會(huì)改變。因此，這種 方法必須使用在溫度變化小的地區(qū)?？梢钥系偷囊稽c(diǎn)是，在對(duì)pv電 壓進(jìn)行必要的測(cè)量

9、吋，使用一個(gè)簡(jiǎn)單的控制環(huán)就能得到mpp 4、 【5】、【21】、【22】。c. mpp軌跡特征法這種方法的基本的想法是在最大功率軌跡曲線上找到電壓和電 流間的線性關(guān)系。mpp功率曲線的切線就是pv電流，該電流要求在 最小光照條件下仍滿(mǎn)足該方法的靈敏度。該方法可以用公式（5）表 示。在參考文獻(xiàn)【6】中可得到這個(gè)數(shù)學(xué)式子?？梢杂^察到，很難獲 得所有必要的電氣參數(shù)，但可以得到一個(gè)與光電板不相連的電氣參 數(shù)的線性近似值，并將它轉(zhuǎn)換為與光電板相連的電氣參量來(lái)作為一 種評(píng)估方法。由于最大功率軌跡曲線隨著溫度的變化而變化，因此 這個(gè)模型需要改進(jìn)更新。通過(guò)定期測(cè)量開(kāi)路電壓可以就可以改進(jìn)模 型，這就意味著pv電

10、路在整流器接口處開(kāi)路，使得在這些瞬時(shí)過(guò)程 中功率損耗。在光照強(qiáng)度高時(shí)，這種mppt方法較好。近嚴(yán)-"他厶刖+%-2。+%（5） impp丿這里n是光電板單元數(shù)量，山刖是在最大功率處的電流，吟是溫度 電壓，是差分電壓。d. p&0和基于pi的p&0p&0的操作方法是通過(guò)周期性的增加或者減少pv電池的輸出端 子電壓，再將當(dāng)前周期中得到的功率和之前得到功率的差值與電壓 變化作比（執(zhí)行d%y） o如果電壓改變，功率增加，那么控制系統(tǒng)就會(huì)在那個(gè)方向改變操作點(diǎn)；否則，控制系統(tǒng)就會(huì)向相反的方向改 變操作點(diǎn)。一旦電壓變化方向確定，電壓將會(huì)以恒定速率變化。這 個(gè)速率是一個(gè)可以在

11、最快響應(yīng)和最小波動(dòng)間的平橫參量【5】、signal【7】、【18】、【21】-【24】。當(dāng)步長(zhǎng)改變時(shí)，根據(jù)mpp距離就 可以得到個(gè)改進(jìn)的測(cè)試方法，這使得效率增加。這對(duì)得到mpp是 一個(gè)很好的方法，并且它不受pv版或者制造商的約束；但是，這種 方法也會(huì)受環(huán)境快速變化的影響。在文獻(xiàn)8中可以找到p&0法算 法的比較?？捎胹imulink實(shí)現(xiàn)p&0法，如圖5所示，用下面等式 來(lái)表示該方法：(6)這里的 %p關(guān)于v的導(dǎo)數(shù)，好是常數(shù)，d是占空比。lpv(t)vpv(t) dp/dtd(t)gain> dv/dt圖5.通過(guò)matlab/simulink構(gòu)成的p&q裝置圖通過(guò)一個(gè)

12、數(shù)字控制器也可以改進(jìn)模型，根據(jù)mpp的距離，選擇 不同的步長(zhǎng)，將傳統(tǒng)的p&q轉(zhuǎn)換為合適的解決方法。在穩(wěn)定狀態(tài) 下，操作點(diǎn)是不變的，除非外部環(huán)境突然改變。關(guān)鍵的思想是使用 一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)將d%y減為零，來(lái)執(zhí)行基于pl的p&q法。e. ic法和基于pi的ic法ic法的機(jī)理是在mpp處，pv的功率斜率(優(yōu)廠0)為零,左 側(cè)斜率為正極，右側(cè)斜率為負(fù)極，如圖4所示【8】、【9】、【22】-【25】。因此，在此條件下，mpp處可以發(fā)現(xiàn)陣列的電導(dǎo)率 增加。利用公式(7)可以找到ic條件式(8)(7)dp = d(vxi) = i + v = () dv dvdva_£av v(a)k

13、ia?v(b)az iav v(c)(8)這里公式(a)在mpp條件下得到的，公式(b)是在mpp左側(cè) 條件下得到的，公式(c)是在mpp右側(cè)條件下得到的。從理論上講，一旦在mpp處功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零，那么穩(wěn)態(tài) 振蕩將會(huì)消除。然而，由于分辨率的數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，斜率為零幾乎 不會(huì)發(fā)生。特別強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，該方法還有一個(gè)改進(jìn)版本，其不受 環(huán)境條件快速瞬變的影響【10】，【11】。ic法同p&0法一樣，需 要監(jiān)測(cè)pv電壓和電流。然而，ic法不需要計(jì)算pv功率。該方法可 以通過(guò)增加一個(gè)簡(jiǎn)單的pi控制器來(lái)提高ic法，將實(shí)際電導(dǎo)和增量 電丫間的錯(cuò)誤減到最少,因?yàn)樵撗a(bǔ)償器可以根據(jù)系統(tǒng)的需要來(lái)調(diào)整 和更

14、新。這樣，使用公式(6)和(7),通過(guò)一個(gè)pi控制器，ic 法可以實(shí)現(xiàn)可視化，如圖6所示。此外，pi控制器可以減少穩(wěn)態(tài) 狀態(tài)下振蕩紋波動(dòng)，將包括分辨率數(shù)字實(shí)現(xiàn)在內(nèi)的問(wèn)題減為最小。 當(dāng)pv遠(yuǎn)離mpp, 旦它存在大步長(zhǎng)時(shí)，這種方法就可作為一種適應(yīng)性的解決方案；通過(guò)與mpp的距離來(lái)減小步距，最后，當(dāng)達(dá)到mpp 的時(shí)候，系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)就不變了，除非氣候條件發(fā)生了改變。數(shù)字 pi可以直接控制占空比（d）或者轉(zhuǎn)換器的電流（/厶）。在這兩個(gè) 量約束下，非常容易找到mpp。使用仏可以使控制更有吸引力，一 旦外部環(huán)境發(fā)生巨大變化，它可以使變換電流器中電流產(chǎn)生很小的 變化；但是，如果d是一個(gè)控制量，在轉(zhuǎn)換器的操作點(diǎn)

15、處，外部環(huán) 境巨大的變化就意味著大的電流變化。這樣，在第二種情況下，控 制器的帶寬必須減少。圖6使用pi控制器構(gòu)成的ic裝置圖0法是通過(guò)一個(gè)中間變量0的方程，來(lái)找到最大功率點(diǎn)處的近 似值。在參考文獻(xiàn)【12】中給出了如下式子：0二這里c = （g/（ks廠他）是取決于電荷量，連接光電板的質(zhì)量因素（“），玻爾茲曼常數(shù)心，溫度t和串聯(lián)pv板數(shù)量（他）。此外，隨著操作條件的變化，在最佳點(diǎn)的0值仍然兒乎不變。 這樣，參考文獻(xiàn)【12】，使用面板的電壓、電流和插入一個(gè)帶有常 數(shù)的傳統(tǒng)閉環(huán)，可以連續(xù)計(jì)算岀0值。然而，為獲得最佳性能，必 須知道pv電氣參數(shù)，這些參數(shù)會(huì)減少這種方法的吸引力。這種方法 的實(shí)現(xiàn)如圖7

16、所示。圖7.法裝置圖g.系統(tǒng)的振蕩和波動(dòng)的相關(guān)聯(lián)性系統(tǒng)振蕩法是根據(jù)最大功率傳輸原則，它通過(guò)振蕩來(lái)決定最佳 操作點(diǎn)。在mpp處，對(duì)于平均電壓振蕩幅值的比例是常數(shù)。這種方 法只需要知道pv電壓，用相似的電路就可以輕易的實(shí)現(xiàn)這種方法【13】、【14】。它的實(shí)現(xiàn)是以濾波器的使用為基本特點(diǎn)。對(duì)于振 蕩系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可以使用雙柵頻率（在并網(wǎng)轉(zhuǎn)換器的情況下）或者 是附加低頻波動(dòng)。然而，為了避免錯(cuò)誤的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和電磁感應(yīng)干擾 的增加的問(wèn)題，在得到最優(yōu)操作點(diǎn)前必須濾除開(kāi)關(guān)頻率，因?yàn)檫@， 在轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)頻率中，通常不選擇這種方法。脈動(dòng)關(guān)聯(lián)也是基于最大 功率轉(zhuǎn)換原則，它通過(guò)所有過(guò)濾器的振蕩功率來(lái)獲得最佳點(diǎn)。換句 話說(shuō)，使用

17、高頻濾波器來(lái)得到高頻脈動(dòng)的功率和電壓，這用來(lái)計(jì)算 %。這個(gè)導(dǎo)數(shù)的符號(hào)是用一個(gè)信號(hào)函數(shù)來(lái)顯示右側(cè)區(qū)域的操作，積分器用來(lái)保證mpp。此外，這種方法提出了快速收斂漸近mpp,并且還能在實(shí)現(xiàn)收斂速率類(lèi)似于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的頻率；然而，它被轉(zhuǎn)換控制器的增益所限制【15】、【16】。h.溫度法另外一個(gè)很好的選擇是使用溫度法，對(duì)于嚴(yán)格的功率變化，溫 度變化的缺點(diǎn)是可以避免的。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，采用低成本的溫 度傳感器和改進(jìn)后的mpp算法，來(lái)保證mpp軌跡。然而，由于光伏 陣列溫度分布的不規(guī)則，在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)溫度傳感器是一個(gè)棘手的問(wèn) 題。在小的光電轉(zhuǎn)換器中溫度分布的不均勻是可以避免的。此外， 該傳感器可能會(huì)出現(xiàn)校準(zhǔn)差

18、或者是連接不正確的錯(cuò)誤，從而使pv溫 度測(cè)量錯(cuò)誤。這種方法類(lèi)似于vcte法，正是因?yàn)檫@樣，實(shí)現(xiàn)它就非 常的簡(jiǎn)單【17】、【19】-【21】。溫度法的計(jì)算公式為：jppw = f ）+ %（t-tre/）（10）這里的匕神是最大功率時(shí)的電壓，t是光電板表面的最大溫度。tkvqc 是匕仲的溫度系數(shù)，：篇是標(biāo)準(zhǔn)條件下的測(cè)試溫度。iv.仿真結(jié)果一般的升壓型直流一直流轉(zhuǎn)換器模型通過(guò)matlab/simulink用 來(lái)模擬負(fù)荷變化，在一般的模型中添加一個(gè)波動(dòng)（低頻波紋）來(lái)做 振蕩系統(tǒng)mppt測(cè)試。在所有的測(cè)試中都要考慮相同的溫度和輻射。 所有的算法都要逐步調(diào)整到最佳效率，即增加步的大?。ɑ蛘咴?益）直到滿(mǎn)

19、足條件；超過(guò)最佳效率點(diǎn)后，tf將減少。圖8顯示的是 一些反應(yīng)最好的mppt算法評(píng)估，這里的最大功率用藍(lán)色顯示，在圖 中的藍(lán)色曲線是從并網(wǎng)功率中提取到的光電功率。仿真設(shè)置包括一個(gè)2.5mh的電感，一個(gè)36“f的輸出電容，和一個(gè)50q的負(fù)載。表i 概括了光電特性。10211801501209060(m) jomod' o21o o21v301801501209060(m) jomod3023456time (s)o o o o18 5 22 1119060300(m) jumod8020509060(m ) jumod301correlation34time (s)56圖8.最好的mppt

20、技術(shù)提取光伏電池電源功率根據(jù)應(yīng)運(yùn)程序來(lái)比較和適當(dāng)調(diào)整每種算法，這就有必要提供可以用于作為比較的標(biāo)準(zhǔn)性能的措施。圖12是實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)裝置。 除了典型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)措施外，在這些情況下還有一些額外指標(biāo)。因?yàn)槭褂霉夥姵剞D(zhuǎn)換的能量作為一種能量能源是必不可少的，非常 重要的一種測(cè)試方法就是tf,即可用能量的百分比。在穩(wěn)定狀態(tài)下 紋波電壓也是非常重要的，因?yàn)榧y波電流的限制，使得面板在mpp 處仍然有效。對(duì)于在到達(dá)98%的提取功率的mppt算法，在mpp處的 波動(dòng)電壓也不會(huì)超過(guò)8.5%【27】。其他的因素，比如實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，傳感器的數(shù)量簡(jiǎn)單和成本也是值 得考慮的。圖9中顯示的是tf,由圖可知，p&0改進(jìn)法

21、、ic改進(jìn) 法、基于pi的ic法、脈動(dòng)相關(guān)法、溫度法和0法比較突出，0法 和基于pi的ic法可以提取pv的最大能量，其分別提取的能量為 98. 5%和 98. 3%o10.980.960.940.920.90.880.860.841234567891011methods圖9.從pv板中提取能量的百分?jǐn)?shù)5 00 2modified ic j(m)199.198.007.393.3253.35033753.400time (s)973919 (a) jumod3,3253,3503,3753.400time (s)50025 51919(m) jqmod0053 人3 9( beta )1ii一

22、- j 3,3253,3503.3753.400time (s)55619(correlation )00397 n3,3253,3503,3753,400time (ic based on pi)5199.5619003,3253,3503,3753.400time (s)5x197(temperature method3,3253,3503,3753,400time (s)199.198.300圖10穩(wěn)定狀態(tài)下的功率波動(dòng)（約200w/p ）圖10.所示的是在穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中提取的功率波動(dòng)的比較，在穩(wěn)定 狀態(tài)系統(tǒng)中功率波動(dòng)小時(shí)，0法、基于pi的ic法、和溫度法比較 突出。就動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)pv板最

23、小的時(shí)候或者變化最快的時(shí)候， mppt的各種方法也應(yīng)該相互比較當(dāng)前條件它們是如何工作的。僅僅 對(duì)測(cè)試來(lái)說(shuō)，得到功率從10200w的瞬吋變化結(jié)果，使用圖11可 以評(píng)估出來(lái)。根據(jù)這些結(jié)果，基于pi的ic法、脈動(dòng)關(guān)聯(lián)法和改進(jìn) 的ic法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)后的ic法達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需時(shí)間更短。 當(dāng)pv遠(yuǎn)離mpp時(shí)，一旦改進(jìn)后的ic法出現(xiàn)最大步長(zhǎng)時(shí)，這種情況 就發(fā)生了。需要強(qiáng)調(diào)的是，ic法和p&0發(fā)具有相同的質(zhì)量指標(biāo)，因?yàn)樗麄兌际腔谙嗤脑瓌t來(lái)尋找mppt,在mpp處dp/dv值為零【28】。o2.022,22.32.42,52.6time (s)o o1 82 1(m) god5020906030

24、o21o12.22,32.42.52,6time (s)801501209060(m)3()2.02.12.22.32.42.52.6time (s)0000001 8 5 2 9 0 32 1 i i(m)娶0o212.223242.52.6time (s)805020906030(m)9 ol22.0108050209060302 i 1(m) jomodtemperature2.022.22.32.42.52.6time (s)1080502090603002 1112.22,32.42.52.6time (s)圖11 最大功率跟蹤動(dòng)態(tài)特性（10-200w階躍變化）圖12.實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)裝置

25、v.實(shí)驗(yàn)結(jié)果原型系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)裝置如圖12所示，該裝置由示波器、太陽(yáng)能 電池陣列模擬器、轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)組成。該算法在dspace ace400平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，這個(gè)平臺(tái)是一個(gè) 以dsp tm320f240為核心的仿真環(huán)境。這部分介紹主要仿真結(jié) 果。輻射和溫度配置使用的是安捷倫e4350b光電模擬器。當(dāng)控制系 統(tǒng)采樣率10khz時(shí)，升壓dede轉(zhuǎn)換器工作的開(kāi)關(guān)頻率為50khzo0法、cv法、p&0法和ic法的動(dòng)態(tài)響應(yīng)驗(yàn)證結(jié)果如圖13所 示。根據(jù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果，該評(píng)估方法提供了很好的性能。當(dāng)功率變 化(100200w和200100w)吋，它們都使光伏輸出功率變的小于 20mso只有cv法的初始化

26、所需時(shí)間長(zhǎng)，從關(guān)閉狀態(tài)達(dá)到mpp需要花 費(fèi)1.6so而法所需的時(shí)間短，從關(guān)閉狀態(tài)達(dá)到mpp需要花費(fèi)約為 500mso實(shí)驗(yàn)上，p&0法和ic法所需時(shí)間最短，但是在穩(wěn)定狀態(tài)擾 動(dòng)將使功率損耗。vote''vp&o(b)圖13. mppt方法的動(dòng)態(tài)特性。(a)步階為(200-100w)和(100- 200w) ,(b)初始化(0-200w),尺度：電壓(20v/div),電流(5a/div),功率(100w/div)，時(shí)間【(a) 20 和(b)200ms/div。在評(píng)估m(xù)ppt算法中，波動(dòng)相關(guān)法呈現(xiàn)出最好的初始化時(shí)間，即 從0到最大功率只需要50ms。這種動(dòng)態(tài)特性很

27、容易在圖14中驗(yàn) 證。這種方法調(diào)到最好性能，之所以這種方法突出是因?yàn)樗峁┑?動(dòng)態(tài)特性接近開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的頻率，但是受限于轉(zhuǎn)換控制器的增益。為了方便實(shí)驗(yàn)評(píng)估和計(jì)算tf,需要使用c+builder來(lái)建立一 個(gè)采集管理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)用戶(hù)界面如圖15.和圖16所示。使用這個(gè) 系統(tǒng)就可以通過(guò)遠(yuǎn)程程序控制陣列模擬器從而形成一組的太陽(yáng)輻射 和溫度曲線來(lái)形成功率曲線。它的通信是通過(guò)通用接口總線的通用 串行總線來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和陣列模擬器的數(shù)據(jù)交換。其所提取功率的 評(píng)估如圖17 所示，這里厲ax代表最大可用功率，畀弋表能量轉(zhuǎn) 換。用運(yùn)一個(gè)典型的類(lèi)似日常絕緣的配置，如圖18和圖19所示， 對(duì)這些配置中一些好的響應(yīng)意味著一

28、個(gè)較大的增益，而這與能量提 取能力的研究有關(guān)。模擬每天的特性，即功率配置不是一整天的時(shí) 間，而是從上午6點(diǎn)到下午6點(diǎn)。最后，表ii總結(jié)了分析mppt算 法的一些主要特征。在實(shí)驗(yàn)評(píng)估中，可以使用數(shù)字pi控制器實(shí)現(xiàn) p&0算法，也可執(zhí)行基于pi可適應(yīng)的p&0法。類(lèi)似于可適應(yīng)的ic 法，這種p&0法的實(shí)現(xiàn)意味著關(guān)于更高的tf更有趣的結(jié)果，也可以 減少穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的振蕩。因此，這種mppt算法也可以應(yīng)運(yùn)到相同的日負(fù)荷配置中，其結(jié)果如圖18和圖19所示。當(dāng)pv遠(yuǎn)離mpp吋，或 者當(dāng)pv到達(dá)mpp時(shí)，步距減少時(shí)，一旦數(shù)字控制器執(zhí)行大的步長(zhǎng)則 更高的tf可以理解，盡量減少在穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中功率

29、的損耗。圖15用戶(hù)界面圖一獨(dú)特操作點(diǎn)program of the solar array emulator叵岡urvque power point perfc oj power | save in memory |set curvesimppfa)vmpp(v)voc(v) a11.309222821.71.425303221.828354oroonoxv<>startstopindividual curve time | |3.1 tracking factor | |97.5825653076172(573f3save waveforms22020018016014012010

30、0806040200return to the def auk mode圖16.用戶(hù)界面圖一功率圖acquisition system 一 power profilee/vodoooooooqqqq2 08642086422 2 11111qm0do ooooooooooo208642086422 2 11111tf = 92.1%tf = 91.8%n u和 ,/i 99i o i vv i vvv vvwvhvvvb cvcte 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24time (s)2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24time (s)圖17

31、mppt方法功率提取實(shí)驗(yàn)100w/div20v/div5v/div10ms/divr-i.power(w)voitage(v)current(a)p&o bn§ed on pipower(w)power(w)voltage(v)current(a)p&() based on pivoltage(v)10ms/div100w/div20v/div5v/div(coitelationcorrelationcurrent(a)power(w)voltagefv)loms/div100w/div20v/div5v/div圖18類(lèi)似日常絕緣和溫度的功率配置一示波器采集。右側(cè)波應(yīng)

32、該使用太陽(yáng)跟蹤器。data acquisition power curves5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 time (s)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 time (s)5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 time(£)圖19.類(lèi)似的日常絕緣的溫度分布-一計(jì)算tfmethoddependency of parrayrtracking eactor(tf)implementationaccuratesensorsdctenopoorvery simplenovcteyesreasonablesimplenovp&onogoodsimpleyesvjicnogoodmediumyesv.lmodihed p&onovery goodcomplexyesv.lp&o based on pinoexcellenimediumyesvjmodiged icnovery goodcomplexyesvjic based on pinoexcellentmediumyesv.lbetayesexcellentmediumyesv.isystem oscillationyesreasonablesimplenovripple correlationnogoodcomp