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光伏电池最大功率点跟踪控制方法的对比研究及改进(1)

北极星电力网技术频道    作者:王丽萍,张建成   2011/3/11 14:16:59   

  所属频道:  太阳能    关键词:  光伏发电 最大功率点跟踪 光伏电池

摘要:光伏发电系统中光伏电池的输出特性具有唯一的最大功率点(MPP),需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪(MPPT)。文中分析了几种常见的最大功率点跟踪控制方法,对比分析了它们的优缺点。针对MPPT控制方法中存在的启动特性较差、跟踪过程不稳定、精度不高等特点,采用一种改进爬山法,该法以恒定电压法作为启动特性及采用变步长进行跟踪控制,并利用Matlab/Simulink搭建了改进爬山法的MPPT控制模型,仿真结果验证该方法的有效性。

关键词:光伏发电;最大功率点跟踪;改进爬山法

面对日益枯竭的化石能源和不断恶化的生态环境,人类需要进行第三次能源结构转换,从矿物能源向可再生能源转换,用可再生能源替代矿物能源,用无碳能源、低碳能源替代高碳能源[1]。为降低对传统能源的依赖,世界对新型能源的重视越来越高。太阳能是最具潜能的新能源形式之一,其中光伏发电是太阳能利用的有效方式之一。光伏发电具有许多优点,如:安全可靠,无噪声,无污染,能量随处可得,无需消耗燃料,不受地域限制,规模大小随意,无需架设输电线路,可以方便地与建筑物相结合等,这些优点都是常规发电和其他发电方式所不可比拟的[1]。在光伏发电系统中,要提高系统的整体效率,达到充分利用太阳能资源的目的,一个重要的途径就是实时调节光伏电池的工作点,使之工作在最大功率点附近,这一过程就称为最大功率点跟踪[2]。

1 光伏电池模型及输出特性

1.1 光伏电池的数学模型

在光照强度和环境温度一定时,光伏电池既非恒压源,也非恒流源,也不可能为负载提供任意大的功率,是一种非线性直流电源。其等效电路如图1所示[1,3]。图1中,UJ为PN结电压,Id为光伏电池在无光照时的饱和电流,Id=Io{EU+IRS) nKT-1}.一个理想的太阳能电池,由于串联电阻RS很小,旁路电阻Rsh很大,所以在进行理想电路的计算时,它们均可忽略不计。由图1的太阳能光伏电池等效电路得出:I=Iph-I0[eq(U+IRS) nKT -1]- U+IR R s sh(1)式中,I为光伏电池输出电流;I0为PN结的反向饱和电流;Iph为光生电流;U为光伏电池输出电压;q为电子电荷,q=1.6伊10-19 C;k为波尔兹曼常数,k=1.38伊10-23 J/K;T为热力学温度;n为N结的曲线常数;Rs,Rsh为光伏电池的自身固有电阻。

    图1 光伏电池等效电路

1.2 光伏电池电气特性

来源:电网与清洁能源
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