太阳能光伏发电最大功率跟踪系统研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的目的是要在Ｐ－ｕ特性曲线上求得功率最大值Ｐｍ。
定义正梯度为酿，搜寻函数的最大点总是沿着ｇｋ的 方向搜寻。根据光伏电池的电气特性。若忽略串联电
阻的效应，可得电压‰与功率氐的关系为：
％２｛扛Ｌ【ｅｘｐ（器…‰ （２）
％是一个连续可微的非线性函数，且以％作 为唯一变量，对其求％的梯度：
舻崭如ＬＨ络）】（１＋络）（３）
第４２卷第８期
１竺！鱼！星
电力电子技术
墅些！曼丝墅墅！！
Ｖ０１．４２，Ｎｏ．８
垒坚型！！；！堕！
太阳能光伏发电最大功率跟踪系统研究
何薇薇１。杨金明２ （１．中山火炬职业技术学院．广东中山 ５２８４３６；２．华南理工大学，广东广州５１００１９０）
摘要：针对太阳能光伏发电系统中的最大功率跟踪问题，提出了一种基于ＡＶＲ单片机控制的新方案。系统运用三重
变化。采取最优梯度控制后，即通过减小梯度眼，在
３１
第４２卷第８期
１竺！兰！旦
电力电子技术
丝竺竺曼！竺！型坚坠
Ｖ０１．４２。Ｎｏ．８
垒坚墼！！：兰鲤１
４４ ｓ内光伏电池端电压重新建立，系统稳定在新 大功率输出点．功率Ｐ一４３ Ｗ。
的ＭＰＰ：在６３ ｓ处光照量由６００ Ｗ／ｍ２升高至
８００ ｗ／ｍ：．光伏电池输出功率增加，系统检测到光伏
５系统框图 图６示出实验波形。直流电源电压玩．＝３３ Ｖ，通 过最优梯度算法测得三重Ｂｏｏｓｔ电路输入电压Ｕ。一 １７ Ｖ，电流为Ｌ一２．５ Ａ。在约２０ ｍｓ处能较快找到最
ａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ【Ｊ】．ＩＥＥＥ Ｔｍｎｓ．ｏｎ Ｉｎｄ．Ｅｌｅｃｔｌwenku.baidu.comｎ．，１９９８（６）：５４８—
５５３．
【２】 Ａ Ｈａｄｊ Ａｒａｂ，Ｂ Ａｉｔ Ｄｒｉｓ８，Ｒ Ａｍｉｎｅｕｒ，Ｐｈｏｍｖｏｌｔａｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ
铲岳㈤＝告㈤＝器％ （５）
４最优梯度法 最优梯度法是一种以梯度法【４Ｊ为基础的多维无
约束最优化数值计算法．其基本思想是选取目标函 数的负梯度方向作为每步迭代的搜索方向。且逐步
逼近函数的最小值。对于光伏发电系统．应选择正梯
度方向，且逐步逼近函数的最大值。如图２所示，光
伏电池Ｐ－Ｕ特性曲线为一非线性函数。而ＭＰ盯法
万３０ 方数据
换器的占空比，调节光伏电池的输出电压，达到实现 光伏电池最大功率跟踪的目的。 ２光伏电池的工作特性
光伏电池的输出特性方程为：
，＿ｋＬＨ南（¨刖…一半（１）
式中：，，Ｕ分别为光伏电池的输出电压和输出电流；Ａ为光伏 电池板特性常数；，幢为暗饱和电流；ｒ为光伏电池的表面温度； Ｋ为玻尔兹曼常数；尺。为电池的并联电阻；Ｒ。为光伏电池的串 联电阻；ｇ为单位电荷；ｋ为光电流，，Ｌｄ，鼢＋Ｋ，（弘２５）】Ａ，１００； 岛。为短路电流；Ｋ。为短路电流温度系数；Ａ为辐射强度。
太阳能光伏发电最大功率跟踪系统研究
率点（ＭＰＰ）的输出功率。当负载可调节时，通过单片 机检测光伏电池的输出电压和电流．并计算光伏电
池输出功率，根据ｄ叫ｄ％调整Ｂｏｏｓｔ变换器的占
空比．调节光伏电池的输出电压，进而将负载电压调 节至以处，使负载功率从Ａ点移到Ｂ点。而曰点与 光伏电池的ＭＰＰ在同一条等功率线上，此时光伏电 池的输出功率最大。 ３三重Ｂｏｏｓｔ变换器分析
发电的最大功率点跟踪（ＭＰ胛）。是提高光伏发电系
统发电量、降低发电成本。进而广泛推广光伏发电技 术的有效措施。目前已研究出多种方法，常用的有扰 动观察法（Ｐ＆Ｏ）和电导增量法（ＩＮＣ）翻。前者的算法 结构简单．检测参数少，应用较普遍，但在最大功率 点时。其扰动较大；后者的算法扰动较小，但较为复 杂．跟踪过程需花费相当长的时间去执行ⅣＤ转 换。这会给微处理器实施控制带来相当大的困难。
在解决航天飞行器及无电网地区的用电问题上更显 其独特的优势。但太阳能发电与气候条件有关，光伏 电池的输出特性受外界环境的影响大．温度和光照 辐射强度的变化均可导致输出特性发生较大的变 化：另外。光伏电通常需要配备储能装置，而且其安 装费用高，发电效率较低，已成为限制其发展的主要 因素之一。
通过电力电子技术和控制技术实现太阳能光伏
ｕｓｉｎｇ Ｍａｔｌａｂ，Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｓｏｆｈａｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅ８ｔ ｈａｓ １）ｅｅｎ ｄｏｎｅ ｏｎ ｔｈｅ ｈａｒｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｔｒａｃｋ ｔｈｅ
ｍａ】【ｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｅ雎ｃｔｉｖｅｌｙ锄ｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．
图ｌ示出一定温度和光强下光伏电池的厶Ｕ曲 线．实直线为负载电阻线，虚曲线为等功率线。
１ｆ氏 ，＿‘ 如
Ｒ为光伏电池的最大功率点； 玩，，皿为光伏电池运行于ＰⅢ时的电压和电流
图ｌ一定温度和光强下厶Ｕ曲线
由图可知，当只考虑光伏电池时，其最大功率运 行点为Ｐｍ（“，Ｌ）。若将光伏电池通过变换器与负载 连接．其工作点则由负载限定。当负载不可调节时， 光伏电池运行在Ａ点．该点的输出功率小于最大功
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００一１００Ｘ（２００８）０８—００３０－０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐ０ｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｌ【ｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
ＨＥ Ｗｅｉ．ｗｅｉｌ，ＹＡＮＧ Ｊｉｎ—ｍｉｎ９２ （１．历。咿＾册乃”＾死ｃ＾凡如越Ｃｂ如矿，Ｚ孙够＾∞５２８４３６，吼ｉ舭； ２Ｓ０“胁ｍｉ舢‰西ｅｒｓ酊旷死ｃ，ｌ，ｌｏ肠移。Ｇ唧够如ｕ ５１０６４０，饥讹） Ａｂｓｔｍｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｊｃ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎ￡ｔｒａｃｋｉｎｇ （ＭＰｆｌｒ） ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｔｍｌｌｅｄ ｂｙ ａ ＡＶＲ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅ卜ｂａｓｅｄ ｕｎｉｔ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｕ８ｅ８ ｔｈｒｅｅ ｐｌｉｅｓ Ｂ００ｓｔ ＤＣ—ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｔｏ ｅｍｃｉｅｎｔｌｙ ａｄｊｕｓｔ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｌｌｅ ｓｙｓｔｅｍ．０ｐｔｉｍａｌ舻埘ｉｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ∞ａｒｃｈｉｎｇ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ．，Ｉ＇Ｉｌｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ
改善最大功率输出点附近的振荡问题。
万方数据
ｆ／ｍｓ （ａ）光伏电池功率
ｆ／ｍｓ （ｂ）光伏电池电压
图４光照强度变化时仿真结果
由图４可知，在外界条件稳定的情况下，通过最
优梯度控制，系统可稳定在ＭＰＰ附近，且具有很好 的稳态输出特性。当光照强度突变时，在３７ ｓ处光 照量由１ ｋＷ／ｍ２降至６００ Ｗ／ｍ２．此时光伏电池输出 功率减小。系统检测到光伏电池端电压和端电流有
图６模拟光伏电池端电压及输出电流波形
６结束语
阻箱的值。即可调节直流电源的电压和电流．相当于
介绍了一种新的基于单片机控制的三重Ｂｏｏｓｔ
改变外界环境对光伏电池的影响。主电路由三重 变换器光伏发电最大功率跟踪系统。系统运用最优
Ｂ００ｓｔ电路连接电源和负载．主开关管采用ＩＧＢＴ。负 梯度法，可在各种情况下实现光伏电池的最大功率
电池端电压和端电流有变化。采取最优梯度控制后，
即通过增大矶，系统在６８ ｓ处快速稳定于新的
ＭＰＰ．实现了自主寻优。 为了验证该系统的有效性．设计了一台ＭＰ胛
装置．系统框图如图５所示。实验中采用可调的真流 电源及电阻箱来模拟光伏电池及内阻。调节可调电
，／ｍｓ （ａ）太剐电池端电ｎｔ
，，ｍｓ （ｂ）太阳电池输出电流
图３最优梯度算法流程图
５仿真和实验结果分析 根据光伏电池的数学模型１５１．在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ
环境中建立了具有ＭＰ盯功能的光伏电池阵列仿真
模型。采用变步长的ｏｄｅ２３ｔｂ（ｓｔｉｆｆ＿ＴＲ—ＢＤＦ）进行仿 真，设定初始条件为标准光照ｌ ｋｗ艋ｚ和常温２０℃。 图４示出仿真结果。
压蓬二堇毒
Ｓｉｚｉｎｇ ｆｏｒ Ａｌｇｅｒｉａ【Ｊ】．Ｓ０ｌａｒ Ｅｎｅ唧，１９９５，５４（２）：９９一１０４．
【３】 Ｃ Ｈｕａ，Ｊ Ｉｊｎ，Ｃ Ｓｈｅｎ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＤＳＰ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔＩｌ Ｐｅａｋ Ｐｏｗｅｒ １ｈｃｋｉｎｇ【Ｊ】．ＩＥＥＥ
在光伏发电系统中．变换器除了进行电压变换 外。还可进行功率调节。将Ｂｏｏｓｔ变换器引入光伏电 池阵列的输出回路，根据光伏电池阵列的输出功率 及电压的变化量，调节开关管的占空比．从而使光伏 电池阵列工作于ＭＰＰＩ现。
在大功率光伏发电ＭＰ盯系统中．若采用单重 Ｂｏｏｓｔ电路，则其开关器件的电流应力较大．输入电 流的谐波也大．因此该控制方案中采用三重Ｂｏｏｓｔ 电路（见图５），该电路在提高系统容量的同时可有 效减小输入电流的谐波含量。三重互差１２００。变换 器的输入输出电压关系取决于占空比Ｄ，三重Ｂｏｏｓｔ 变换器的输入电压巩在０。“之间变化，只要光伏 电池具有合适的开路电压．通过改变Ｂｏｏｓｔ变换器 的Ｄ就能找到与光伏电池ＭＰＰ对应的以。值。
Ａｅｍｓｐ．Ｅｌｅｃｔｍｎ．Ｓｙｓｔ．，１９９６，３２（１）：１８２一１８９． ｆ５】 Ｍ Ｇ Ｊａｂｏｏｒｉ．Ｍ Ｍ Ｓａｉｅｄ．Ａ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｌｌｅ Ｓｉｍｕｌｉｔａｔｉ伽
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｇｅｎｅｍｔｉｏｎ；ｃｏｎｖｅｎｅｒ／ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ
Ｆｏ岫ｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ：Ｓｕｐｐｏｍｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ ＮａｔｕｒａＪ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ（Ｎｏ．６０５３４０４０）
ｌ引 言 太阳能具有无污染、无噪音及维护简单的优点，
图２ Ｐ．￡，曲线
ＭＰ胛控制算法如图３所示。通过单片机检测 光伏电池当前时刻的电压巩和电流厶并计算功率 只，再与前一时刻的电压仉，Ｒ一。进行比较，比较结果 决定电压及Ｄ的变化方向。当（ｄＰ／ｄＵ）＞０时，系统运 行在ＭＰＰ左边。光伏电池输出电压增大而Ｄ减小： 当（ｄＰ／ｄＵ）＜０时，系统运行在ＭＰＰ右边，光伏电池 电压输出减小而Ｄ增大；当（ｄＰ／ｄＵ）＝０时，系统运行 在ＭＰＰ。根据图２的Ｐ．Ｕ曲线，有：
Ｂｏｏｓｔ Ｄｃ，Ｄｃ变换器对光伏电池输出功率进行有效调节，采用最优梯度控制算法搜索最大功率点。对该系统进行了
Ｍａｔｌａｂ，ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真。并在硬件电路的基础上进行了试验。结果表明，该系统能较快地跟踪太阳能的最大功率，并具
有较高的跟踪精度。
关键词：太阳能发电：变换器，最大功率跟踪
中图分类号：ＴＭ６１５；ＴＭ４６
针对太阳能阵列的特点．采用最优梯度法。将光 伏电池板和ＭＰＰｒｒ控制系统作为一个整体。直接根 据光伏电池的输出功率及电压变化来控制Ｂｏｏｓｔ变
基金项目：国家自然基金重点项目（６０５３４０４０） 定稿日期：２００８－０３一ｌＯ 作者简介：何薇薇（１９８４一），女，广西钦州人，硕士研究
生。研究方向为电力电子技术。
采用１０位Ａ／Ｄ转换。接口电路主要由精度较高的 参考文献
霍尔电压电流传感器组成。
【１】 Ｓ Ｊ Ｃｈｉａｎｇ，Ｋ Ｔ Ｃｈ龃ｇ，Ｃ Ｙ Ｙｅｎ．Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒ—
－１ Ｉ生
％。６
秽＆ 。ｌ匕
ｌ
工３
Ｉ ｌ‰＝｝ｑ ｓ式ｓ拳ｓ
罐
｜莹矗卜＿—丽嘲；
ｉ
控镪电路
ｌ竺竺！￡！！！ｌ ｉ
，Ｔｍｎｓ．ｏｎ Ｉｎｄ．Ｅｌｅｃｔｍｎ．１９９８，４５（２）：９９—１０７． 【４】 Ｐ Ｈｕｙｎｈ，Ｂ Ｈ Ｃｈｏ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｎａｌｙ８ｉｓ ｏｆ ａ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏ卜
ｃｏｎｔｒ０１ｌｅｄ Ｐｅａｋ ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ【Ｊ】．ＩＥＥＥ Ｔ啪ｓ．ｏｎ
载包括蓄电池和可调电阻。控制电路由接口电路、驱 跟踪，且具有较高的跟踪精度。该系统效率高，低损
动电路和ＡＶＲ单片机ＡＴｍｅｇａｌ６三大部分组成。 ＡＴｍｅｇａｌ６的功耗低，指令运算速度快，具有三通道
耗。且实现容易，是一种可实现太阳能光伏电池最大 功率跟踪的有效方法。
ＰＷＭ。每一路输出分别控制一重Ｂｏｏｓｔ电路，该实验
…毒……｝…｜川．…｝…
由式（３）可知，电压的迭代计算式为：
Ｕ赢＝Ｕ赢一ｌ＋吼甑
（４）
式中：Ⅱｋ为一非负常数。
利用最优梯度法跟踪ＭＰＰ．保留了扰动观察法
的各种优点。当工作点位于ＭＰＰ左侧时。电压以一
较大的幅度增加：当工作点位于ＭＰＰ附近时，由于
此时斜率较小，则提供一较小的量：反之．当工作点
位于ＭＰＰ右侧时．电压以一较大的幅度减少．便可
定义正梯度为酿，搜寻函数的最大点总是沿着ｇｋ的 方向搜寻。根据光伏电池的电气特性。若忽略串联电
阻的效应，可得电压‰与功率氐的关系为：
％２｛扛Ｌ【ｅｘｐ（器…‰ （２）
％是一个连续可微的非线性函数，且以％作 为唯一变量，对其求％的梯度：
舻崭如ＬＨ络）】（１＋络）（３）
第４２卷第８期
１竺！鱼！星
电力电子技术
墅些！曼丝墅墅！！
Ｖ０１．４２，Ｎｏ．８
垒坚型！！；！堕！
太阳能光伏发电最大功率跟踪系统研究
何薇薇１。杨金明２ （１．中山火炬职业技术学院．广东中山 ５２８４３６；２．华南理工大学，广东广州５１００１９０）
摘要：针对太阳能光伏发电系统中的最大功率跟踪问题，提出了一种基于ＡＶＲ单片机控制的新方案。系统运用三重
变化。采取最优梯度控制后，即通过减小梯度眼，在
３１
第４２卷第８期
１竺！兰！旦
电力电子技术
丝竺竺曼！竺！型坚坠
Ｖ０１．４２。Ｎｏ．８
垒坚墼！！：兰鲤１
４４ ｓ内光伏电池端电压重新建立，系统稳定在新 大功率输出点．功率Ｐ一４３ Ｗ。
的ＭＰＰ：在６３ ｓ处光照量由６００ Ｗ／ｍ２升高至
８００ ｗ／ｍ：．光伏电池输出功率增加，系统检测到光伏
５系统框图 图６示出实验波形。直流电源电压玩．＝３３ Ｖ，通 过最优梯度算法测得三重Ｂｏｏｓｔ电路输入电压Ｕ。一 １７ Ｖ，电流为Ｌ一２．５ Ａ。在约２０ ｍｓ处能较快找到最
ａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ【Ｊ】．ＩＥＥＥ Ｔｍｎｓ．ｏｎ Ｉｎｄ．Ｅｌｅｃｔｌwenku.baidu.comｎ．，１９９８（６）：５４８—
５５３．
【２】 Ａ Ｈａｄｊ Ａｒａｂ，Ｂ Ａｉｔ Ｄｒｉｓ８，Ｒ Ａｍｉｎｅｕｒ，Ｐｈｏｍｖｏｌｔａｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ
铲岳㈤＝告㈤＝器％ （５）
４最优梯度法 最优梯度法是一种以梯度法【４Ｊ为基础的多维无
约束最优化数值计算法．其基本思想是选取目标函 数的负梯度方向作为每步迭代的搜索方向。且逐步
逼近函数的最小值。对于光伏发电系统．应选择正梯
度方向，且逐步逼近函数的最大值。如图２所示，光
伏电池Ｐ－Ｕ特性曲线为一非线性函数。而ＭＰ盯法
万３０ 方数据
换器的占空比，调节光伏电池的输出电压，达到实现 光伏电池最大功率跟踪的目的。 ２光伏电池的工作特性
光伏电池的输出特性方程为：
，＿ｋＬＨ南（¨刖…一半（１）
式中：，，Ｕ分别为光伏电池的输出电压和输出电流；Ａ为光伏 电池板特性常数；，幢为暗饱和电流；ｒ为光伏电池的表面温度； Ｋ为玻尔兹曼常数；尺。为电池的并联电阻；Ｒ。为光伏电池的串 联电阻；ｇ为单位电荷；ｋ为光电流，，Ｌｄ，鼢＋Ｋ，（弘２５）】Ａ，１００； 岛。为短路电流；Ｋ。为短路电流温度系数；Ａ为辐射强度。
太阳能光伏发电最大功率跟踪系统研究
率点（ＭＰＰ）的输出功率。当负载可调节时，通过单片 机检测光伏电池的输出电压和电流．并计算光伏电
池输出功率，根据ｄ叫ｄ％调整Ｂｏｏｓｔ变换器的占
空比．调节光伏电池的输出电压，进而将负载电压调 节至以处，使负载功率从Ａ点移到Ｂ点。而曰点与 光伏电池的ＭＰＰ在同一条等功率线上，此时光伏电 池的输出功率最大。 ３三重Ｂｏｏｓｔ变换器分析
发电的最大功率点跟踪（ＭＰ胛）。是提高光伏发电系
统发电量、降低发电成本。进而广泛推广光伏发电技 术的有效措施。目前已研究出多种方法，常用的有扰 动观察法（Ｐ＆Ｏ）和电导增量法（ＩＮＣ）翻。前者的算法 结构简单．检测参数少，应用较普遍，但在最大功率 点时。其扰动较大；后者的算法扰动较小，但较为复 杂．跟踪过程需花费相当长的时间去执行ⅣＤ转 换。这会给微处理器实施控制带来相当大的困难。
在解决航天飞行器及无电网地区的用电问题上更显 其独特的优势。但太阳能发电与气候条件有关，光伏 电池的输出特性受外界环境的影响大．温度和光照 辐射强度的变化均可导致输出特性发生较大的变 化：另外。光伏电通常需要配备储能装置，而且其安 装费用高，发电效率较低，已成为限制其发展的主要 因素之一。
通过电力电子技术和控制技术实现太阳能光伏
ｕｓｉｎｇ Ｍａｔｌａｂ，Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｓｏｆｈａｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅ８ｔ ｈａｓ １）ｅｅｎ ｄｏｎｅ ｏｎ ｔｈｅ ｈａｒｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｔｒａｃｋ ｔｈｅ
ｍａ】【ｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｅ雎ｃｔｉｖｅｌｙ锄ｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．
图ｌ示出一定温度和光强下光伏电池的厶Ｕ曲 线．实直线为负载电阻线，虚曲线为等功率线。
１ｆ氏 ，＿‘ 如
Ｒ为光伏电池的最大功率点； 玩，，皿为光伏电池运行于ＰⅢ时的电压和电流
图ｌ一定温度和光强下厶Ｕ曲线
由图可知，当只考虑光伏电池时，其最大功率运 行点为Ｐｍ（“，Ｌ）。若将光伏电池通过变换器与负载 连接．其工作点则由负载限定。当负载不可调节时， 光伏电池运行在Ａ点．该点的输出功率小于最大功
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００一１００Ｘ（２００８）０８—００３０－０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐ０ｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｌ【ｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
ＨＥ Ｗｅｉ．ｗｅｉｌ，ＹＡＮＧ Ｊｉｎ—ｍｉｎ９２ （１．历。咿＾册乃”＾死ｃ＾凡如越Ｃｂ如矿，Ｚ孙够＾∞５２８４３６，吼ｉ舭； ２Ｓ０“胁ｍｉ舢‰西ｅｒｓ酊旷死ｃ，ｌ，ｌｏ肠移。Ｇ唧够如ｕ ５１０６４０，饥讹） Ａｂｓｔｍｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｊｃ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎ￡ｔｒａｃｋｉｎｇ （ＭＰｆｌｒ） ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｔｍｌｌｅｄ ｂｙ ａ ＡＶＲ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅ卜ｂａｓｅｄ ｕｎｉｔ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｕ８ｅ８ ｔｈｒｅｅ ｐｌｉｅｓ Ｂ００ｓｔ ＤＣ—ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｔｏ ｅｍｃｉｅｎｔｌｙ ａｄｊｕｓｔ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｌｌｅ ｓｙｓｔｅｍ．０ｐｔｉｍａｌ舻埘ｉｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ∞ａｒｃｈｉｎｇ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ．，Ｉ＇Ｉｌｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ
改善最大功率输出点附近的振荡问题。
万方数据
ｆ／ｍｓ （ａ）光伏电池功率
ｆ／ｍｓ （ｂ）光伏电池电压
图４光照强度变化时仿真结果
由图４可知，在外界条件稳定的情况下，通过最
优梯度控制，系统可稳定在ＭＰＰ附近，且具有很好 的稳态输出特性。当光照强度突变时，在３７ ｓ处光 照量由１ ｋＷ／ｍ２降至６００ Ｗ／ｍ２．此时光伏电池输出 功率减小。系统检测到光伏电池端电压和端电流有
图６模拟光伏电池端电压及输出电流波形
６结束语
阻箱的值。即可调节直流电源的电压和电流．相当于
介绍了一种新的基于单片机控制的三重Ｂｏｏｓｔ
改变外界环境对光伏电池的影响。主电路由三重 变换器光伏发电最大功率跟踪系统。系统运用最优
Ｂ００ｓｔ电路连接电源和负载．主开关管采用ＩＧＢＴ。负 梯度法，可在各种情况下实现光伏电池的最大功率
电池端电压和端电流有变化。采取最优梯度控制后，
即通过增大矶，系统在６８ ｓ处快速稳定于新的
ＭＰＰ．实现了自主寻优。 为了验证该系统的有效性．设计了一台ＭＰ胛
装置．系统框图如图５所示。实验中采用可调的真流 电源及电阻箱来模拟光伏电池及内阻。调节可调电
，／ｍｓ （ａ）太剐电池端电ｎｔ
，，ｍｓ （ｂ）太阳电池输出电流
图３最优梯度算法流程图
５仿真和实验结果分析 根据光伏电池的数学模型１５１．在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ
环境中建立了具有ＭＰ盯功能的光伏电池阵列仿真
模型。采用变步长的ｏｄｅ２３ｔｂ（ｓｔｉｆｆ＿ＴＲ—ＢＤＦ）进行仿 真，设定初始条件为标准光照ｌ ｋｗ艋ｚ和常温２０℃。 图４示出仿真结果。
压蓬二堇毒
Ｓｉｚｉｎｇ ｆｏｒ Ａｌｇｅｒｉａ【Ｊ】．Ｓ０ｌａｒ Ｅｎｅ唧，１９９５，５４（２）：９９一１０４．
【３】 Ｃ Ｈｕａ，Ｊ Ｉｊｎ，Ｃ Ｓｈｅｎ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＤＳＰ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔＩｌ Ｐｅａｋ Ｐｏｗｅｒ １ｈｃｋｉｎｇ【Ｊ】．ＩＥＥＥ
在光伏发电系统中．变换器除了进行电压变换 外。还可进行功率调节。将Ｂｏｏｓｔ变换器引入光伏电 池阵列的输出回路，根据光伏电池阵列的输出功率 及电压的变化量，调节开关管的占空比．从而使光伏 电池阵列工作于ＭＰＰＩ现。
在大功率光伏发电ＭＰ盯系统中．若采用单重 Ｂｏｏｓｔ电路，则其开关器件的电流应力较大．输入电 流的谐波也大．因此该控制方案中采用三重Ｂｏｏｓｔ 电路（见图５），该电路在提高系统容量的同时可有 效减小输入电流的谐波含量。三重互差１２００。变换 器的输入输出电压关系取决于占空比Ｄ，三重Ｂｏｏｓｔ 变换器的输入电压巩在０。“之间变化，只要光伏 电池具有合适的开路电压．通过改变Ｂｏｏｓｔ变换器 的Ｄ就能找到与光伏电池ＭＰＰ对应的以。值。
Ａｅｍｓｐ．Ｅｌｅｃｔｍｎ．Ｓｙｓｔ．，１９９６，３２（１）：１８２一１８９． ｆ５】 Ｍ Ｇ Ｊａｂｏｏｒｉ．Ｍ Ｍ Ｓａｉｅｄ．Ａ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｌｌｅ Ｓｉｍｕｌｉｔａｔｉ伽
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｇｅｎｅｍｔｉｏｎ；ｃｏｎｖｅｎｅｒ／ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ
Ｆｏ岫ｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ：Ｓｕｐｐｏｍｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ ＮａｔｕｒａＪ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ（Ｎｏ．６０５３４０４０）
ｌ引 言 太阳能具有无污染、无噪音及维护简单的优点，
图２ Ｐ．￡，曲线
ＭＰ胛控制算法如图３所示。通过单片机检测 光伏电池当前时刻的电压巩和电流厶并计算功率 只，再与前一时刻的电压仉，Ｒ一。进行比较，比较结果 决定电压及Ｄ的变化方向。当（ｄＰ／ｄＵ）＞０时，系统运 行在ＭＰＰ左边。光伏电池输出电压增大而Ｄ减小： 当（ｄＰ／ｄＵ）＜０时，系统运行在ＭＰＰ右边，光伏电池 电压输出减小而Ｄ增大；当（ｄＰ／ｄＵ）＝０时，系统运行 在ＭＰＰ。根据图２的Ｐ．Ｕ曲线，有：
Ｂｏｏｓｔ Ｄｃ，Ｄｃ变换器对光伏电池输出功率进行有效调节，采用最优梯度控制算法搜索最大功率点。对该系统进行了
Ｍａｔｌａｂ，ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真。并在硬件电路的基础上进行了试验。结果表明，该系统能较快地跟踪太阳能的最大功率，并具
有较高的跟踪精度。
关键词：太阳能发电：变换器，最大功率跟踪
中图分类号：ＴＭ６１５；ＴＭ４６
针对太阳能阵列的特点．采用最优梯度法。将光 伏电池板和ＭＰＰｒｒ控制系统作为一个整体。直接根 据光伏电池的输出功率及电压变化来控制Ｂｏｏｓｔ变
基金项目：国家自然基金重点项目（６０５３４０４０） 定稿日期：２００８－０３一ｌＯ 作者简介：何薇薇（１９８４一），女，广西钦州人，硕士研究
生。研究方向为电力电子技术。
采用１０位Ａ／Ｄ转换。接口电路主要由精度较高的 参考文献
霍尔电压电流传感器组成。
【１】 Ｓ Ｊ Ｃｈｉａｎｇ，Ｋ Ｔ Ｃｈ龃ｇ，Ｃ Ｙ Ｙｅｎ．Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒ—
－１ Ｉ生
％。６
秽＆ 。ｌ匕
ｌ
工３
Ｉ ｌ‰＝｝ｑ ｓ式ｓ拳ｓ
罐
｜莹矗卜＿—丽嘲；
ｉ
控镪电路
ｌ竺竺！￡！！！ｌ ｉ
，Ｔｍｎｓ．ｏｎ Ｉｎｄ．Ｅｌｅｃｔｍｎ．１９９８，４５（２）：９９—１０７． 【４】 Ｐ Ｈｕｙｎｈ，Ｂ Ｈ Ｃｈｏ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｎａｌｙ８ｉｓ ｏｆ ａ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏ卜
ｃｏｎｔｒ０１ｌｅｄ Ｐｅａｋ ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ【Ｊ】．ＩＥＥＥ Ｔ啪ｓ．ｏｎ
载包括蓄电池和可调电阻。控制电路由接口电路、驱 跟踪，且具有较高的跟踪精度。该系统效率高，低损
动电路和ＡＶＲ单片机ＡＴｍｅｇａｌ６三大部分组成。 ＡＴｍｅｇａｌ６的功耗低，指令运算速度快，具有三通道
耗。且实现容易，是一种可实现太阳能光伏电池最大 功率跟踪的有效方法。
ＰＷＭ。每一路输出分别控制一重Ｂｏｏｓｔ电路，该实验
…毒……｝…｜川．…｝…
由式（３）可知，电压的迭代计算式为：
Ｕ赢＝Ｕ赢一ｌ＋吼甑
（４）
式中：Ⅱｋ为一非负常数。
利用最优梯度法跟踪ＭＰＰ．保留了扰动观察法
的各种优点。当工作点位于ＭＰＰ左侧时。电压以一
较大的幅度增加：当工作点位于ＭＰＰ附近时，由于
此时斜率较小，则提供一较小的量：反之．当工作点
位于ＭＰＰ右侧时．电压以一较大的幅度减少．便可