基于改进型扰动观察法的MPPT控制策略研究

但启动迅速袁 外界环境突变时响应速度快袁 而且稳态精度高遥
关键词院 恒压法曰 动态响应曰 稳态精度曰 复合控制
文章编号院 1007-1881渊2019冤09-0095-05
DOI: 10.19585/j.zjdl.201909016
中图分类号院 TM712
文献标志码院 A
开放科学渊资源服务冤标识码渊OSID冤院
2019 年
浙江电力
第 38 卷第 9 期
在匀耘允陨粤晕郧 耘蕴耘悦栽砸陨悦 孕韵宰耘砸
95
基于改进型扰动观察法的 MPPT 控制策略研究
楼伯良袁 吴 俊袁 黄弘扬袁 马智泉袁 徐群伟
渊国网浙江省电力有限公司电力科学研究院袁 杭州 310014冤
摘 要院 针对传统扰动观察法存在的动态响应和稳态精度不可同时兼顾的矛盾袁 提出了基于恒压法结
q渊IRs +U冤 A KT
-1
-
渊IRs +U冤 Rsh
袁 渊1冤
式中院 Io 为反向饱和电流曰 Iph 为光生电流曰 I 为光 伏电池输出电流曰 Rs 为等效串联电阻曰 Rsh 为等 效旁漏电阻曰 T 为绝对温度曰 A 为二极管因子曰 系数 K=1.38伊10-23 J/K曰 电荷量 q=1.6伊10-9 C遥
Abstract: Given the contradiction between dynamic response and steady鄄state accuracy of traditional pertur鄄 bation observation method袁 a composite MPPT 渊maximum power point track冤 control strategy based on con鄄 stant voltage method and perturbation observation method is proposed. In the start鄄up stage of MPPT control, the fast speed of constant voltage method is used to locate the vicinity of the maximum power point袁 and then the variable step perturbation observation method is adopted for accurate location. MPPT simulation model is built on the Simulink simulation platform. The simulation results show that in contrast with the traditional per鄄 turbation observation method the improved MPPT control strategy can not only start quickly but respond quickly to sudden changes in the external environment and has high steady鄄state accuracy. Keywords: constant voltage method曰 dynamic response曰 steady鄄state accuracy曰 composite control
1 光伏电池数学模型简化
1.1 光伏电池电路模型
2019 年
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浙江电力
第 38 卷第 9 期
由文献[10]通用光伏电池模型得到光伏组件 等效电路模型袁 如图 1 所示遥
I Rs
Iph
Id
Ish
R sh
U
R

图 1 光伏电池电路模型
PV 电池的 I-U 输出如式渊1冤所示院
嗓 蓘 蓡 瑟 I=Iph-Io exp
当前袁 相关领域专家和学者对 MPPT 的研究 越来越广泛袁 各种 MPPT 算法层出不穷遥 文献[3] 对传统扰动观察法进行了优化袁 当相邻时刻的功 率变化较大时采用大步长袁 功率变换较小时采用 小步长袁 有效提高了跟踪效率遥 文献[4]所提出的 功率预测变步长扰动观察法能很好地解决跟踪速
度和稳态精度的矛盾袁 外界环境突变时袁 具有较 强抗干扰能力遥 文献[5]把光伏系统输出功率变化 区间划分为 3 个区段袁 通过判断区间来选择步 长袁 有效提高了跟踪效率遥 文献[6-9]分别采用了 模糊控制尧 神经网络控制尧 自适应控制和克隆选 择算法袁 均能实现又快又好的控制遥 但是由于算 法复杂袁 难以在实际中得到大范围推广袁 目前多 限于实验室仿真和理论研究遥 本文提出了一种基 于恒定电压法结合扰动观察法的 MPPT 复合控制 策略袁 此复合控制策略就是对传统恒压法和扰动 观察法取长补短袁 实现动态响应速度和稳态精度 的共存遥
Research on MPPT Control Strategy Based on Improved Perturbation Observation Method
LOU Boliang袁 WU Jun袁 HUANG Hongyang袁 MA Zhiquan袁 XU Qunwei 渊State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute袁 Hangzhou 310014袁 China冤
0 引言
随着人类环保意识的增强袁 新能源受到的关 注越来越广泛遥 太阳能作为新能源的一个分支袁 具有取之不尽袁 用之不竭的特点[ 1-2 ]遥 如何有效利 用太阳能成为当下研究的焦点和热点袁 而光伏发 电作为利用太阳能的一个有效途径袁 怎样提高太 阳能转化效率的问题得到国内外专家的广泛关注袁 因此袁 MPPT渊最大功率点跟踪冤技术应运而生遥
渊4冤12pv组件的输出特性在matlab2017bsimulink平台上通过搭建光伏组件模型袁可得到不同光照和温度条件下的pu输出特性曲线袁如图2所示遥由图2可知袁任意一个温度和光照都会对应一条单峰值的曲线袁这个峰值点即为mpp点袁该点会对应一个电压值袁即为um遥光伏组件要时刻进行最大功率输出袁就需要对曲线的峰值点进行跟踪袁因此袁需要通过mppt技术实现遥2传统扰动观察法控制策略传统扰动观察法的工作机制是通过在相邻时刻对pv组件输出电压施加一个正向扰动驻u袁判断扰动前后时刻输出功率的变化量驻p袁如果驻p大于0袁则表示最大功率点位于当前工作点的右侧袁还需要继续保持正向扰动曰反之袁则反向扰动遥扰动观察法流程如图3所示遥由图3可知袁扰动观察法工作机制虽然可以实现最大功率点跟踪袁但是步长驻u难以选择袁若驻u过大袁跟踪速度加快袁但是会造成稳态震荡问题袁降低光伏系统的效率曰若驻u过小袁虽然减轻了稳态震荡袁但是存在动态响应速度迟滞问题遥因此袁常规扰动观察法不能同时兼顾跟踪速度和稳态精度遥3基于恒压法结合变步长扰动观察法的mppt控制策略由第2节分析可知袁传统扰动观察法采用定步长袁会难以同时兼顾响应速度和稳态精度问题遥为了解决此问题袁本文提出一种基于恒压法和变步长扰动观察法的mppt复合控制策略袁复合控制策略流程如图4所示遥渊1冤恒压法和变步长扰动观察法的工作机制遥由图2渊a冤的pu特性曲线可知袁曲线的mpp点基本近似分布于一条垂直于x轴的直线两侧袁一图1光伏电池电路模型图2温度尧光照变化条件下的pv组件输出特性曲线iphidishrsiur渊a冤温度不变尧光照变化的pu特性光照增强1801601401201008060402000510152025电压v1801601401201008060402000510152025电压v温度升高rsh渊b冤光照恒定尧温度变化的pu特性浙江电力962019年第38卷第9期般满足um08uoc作为光伏组件初始电压值11袁利用此关系可以达到快速定位mpp附近区域的目的袁可极大地加快响应速度遥另外袁从图2渊a冤的pu曲线还可以看出袁远离mpp时袁斜率较大曰越接近mpp时袁斜率越小袁峰值处袁斜率为0遥因此袁变步长扰动观察法首先实时检测相邻时刻的i渊k冤袁i渊k1冤袁u渊k冤和u渊k1冤曰其次计算出p渊k冤袁p渊k1冤袁dp和du遥由数学关系可知袁在远离mpp时袁dpdu越大曰在接近mpp时袁dp
合扰动观察法的 MPPT渊最大功率点跟踪冤复合控制策略遥 在 MPPT 控制启动阶段先利用恒压法的快速
性迅速定位最大功率点附近区域袁 再采用变步长扰动观察法对最大功率点进行精确定位遥 在 Simulink
仿真平台上搭建 MPPT 仿真模型袁 仿真结果表明袁 相对于传统扰动观察法袁 改进型 MPPT 控制策略不