最大功率跟踪原理及控制方法
光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究共3篇
光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究共3篇光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究1光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究随着能源危机日益加剧，人们开始逐渐关注非化石能源的开发和利用。
光伏发电系统作为一种新兴的能源利用方式，具有环保、可持续发展等优点，并且在短时间内日益得到了快速发展。
然而，光伏发电系统本身存在着输出波动大、稳定性差等问题，最大功率跟踪控制成为了实现光伏发电系统的高效利用的重要控制手段。
最大功率跟踪控制方法是指在各种光照条件下，通过调节光伏电池阻抗，使得光伏电池输出功率达到最大。
该方法可保证光伏发电系统的最大工作效率，提高光伏发电系统的性能指标。
目前，在光伏发电系统最大功率跟踪控制方法中，较为常用的有基于传统控制方法的PID控制算法、基于传统控制方法的模糊控制算法以及基于人工智能的控制方法。
PID控制算法是目前工业应用最广泛的一种控制方法，其优点是简单易行、可靠性高。
但是，在光伏发电系统的最大功率跟踪控制中，PID控制算法的缺点也很明显，即对系统参数不确定和非线性时效应响应较差。
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制方法，具有较强的适应性和鲁棒性，能够在一定程度上解决光伏发电系统非线性和不确定性问题。
但是，模糊控制算法的不足之处也很明显，即控制逻辑复杂、难以优化、且受控精度较低。
人工智能控制方法是目前最受关注的一种控制方法，其通过模拟人类智慧的思维方式来完成系统控制。
在光伏发电系统最大功率跟踪控制中，人工智能控制方法能够很好地解决非线性和不确定性问题，并且具有很高的精度和操控性。
但是，人工智能控制方法的缺点也很明显，即需要耗费大量时间和成本来完成系统学习和训练，以及容易出现过拟合和欠拟合现象。
综上所述，最大功率跟踪控制是光伏发电系统高效利用的重要手段。
通过不同的控制方法，在解决非线性和不确定性问题的同时，还能够提高光伏发电系统的性能指标。
随着科技的不断发展，相信控制方法的研究也将不断更新，为光伏发电系统的发展贡献更多的力量在光伏发电系统的最大功率跟踪控制中，不同的智能控制方法具有各自的优缺点。
变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制
变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制摘要：风力发电是一种可再生能源，因此，对它的开发和利用显得尤为重要。
由于其实用、高效的特点，变速恒频风电技术在许多方面都具有很大的应用前景，并且伴随着风电技术的持续发展，它已经成为了国内外众多专家学者关注的焦点。
安全、低成本、高效的风电技术是风电技术发展的重点，而对其短时有效风速进行精确预测是实现风电系统平稳运行的关键与基础。
风电机组在运转过程中，其风场呈现出一种三维时变特性，由于各测点在风轮表面上得到的风速各不相同，因此，利用风速仪对其进行短时的风速预报并不可行。
为改善风电机组的调速性能，需对风电机组的短时风速预报进行深入的分析与研究。
关键词：变速恒频；风力发电系统；最大风能追踪控制1变速恒频风力发电概述本文介绍了一种新型的变频调速发电机的结构，并对其性能进行了分析。
双馈发电机的定子线圈与电网相连，转子线圈为三相交流变频驱动，一般采用交流-交流变换或交流-直-交变换来驱动。
双馈发电机可以在各种工况下工作，并且可以根据风速的改变来调节其旋转速度，从而保证风机始终处于最优的工作状态，提高了风力资源的利用效率。
当电机负荷或速度改变时，调整馈入转子绕组电流，就可以使定子的输出电压和频率不变，也可以调整发电机的功率因子。
2变速恒频风力发电技术重要性及其优势2.1变速恒频风力发电技术的重要性风力发电机是一种以风力为动力的风力发电机。
在整个风力发电过程中，发电系统占有相当的比重。
通常情况下，当风力发电系统的单位装机容量不断增加时，就可以从一个侧面说明风力发电机的结构存在一定的问题。
为此，需要对风力发电系统进行结构优化设计。
本项目研究成果将为风电机组的安全稳定运行提供理论依据，并为实现风电机组的高效稳定运行提供理论依据。
2.2变速恒频风力发电技术优势风力发电技术在风力发电中的应用具有明显的优势。
在风力发电的过程中，使用变速恒频的风力发电技术，能够从最大功率的角度来确保发电系统的平稳运转，不仅能够在某种程度上增加风电系统的发电量，还能够提升风电系统的运行效率。
直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法
直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法一、最大风能捕获控制的基本原理风能作用在风轮上，风能只有一部分可以被风轮吸收。
风力机从风能中捕获的功率Pw可表示为式中Pw——风力机从风能中捕获的风功率；ρ——空气密度；A——风力机扫风面积；v——风速；C p ——风力机的风能利用系数。
在桨距角一定的情况下，Cp是叶尖速比λ的函数，λ为式中ωw——风力机机械角速度；Rtur——风轮半径；v——风速。
在实际应用中常用风能利用系数Cp对叶尖速比λ的变化曲线表示该风轮的空气动力特性，如图7-4和图7-5所示。
图7-4 风轮气动特性（Cp-λ）曲线图7-5 永磁同步发电机不同转速从短路状态到开路状态的全特性曲线时就可以获得最大风能利当桨距角一定时，风力机运行于最佳叶尖速比λopt，此时风力机的转换效率最高，即用系数Cpmax式中ω——风力机的最优机械角速度；optλ——最佳叶尖速比。
opt成比例调节，以保持λ总在最优。
上式要求风轮机组的转速ω可以随风速v1在直驱式永磁同步风力发电系统中，风力发电机与风力机直接相连，风力发电机组的动态特性可以用一个简单的数学模型描述为——风力发电机组的转动惯量；式中Jtur——风力机的气动转矩；TturT——风力发电机电磁转矩。
em为风力机气动转矩Ttur其中式中ρ——空气密度；β——桨距角；CT——风力机转矩系数；Cp——风能利用系数。
稳态时，当风力机运行在一个最佳叶尖速比λopt 时，有一个最佳功率系数Cpopt与之对应，且转矩系数CT =Cpopt/λopt=CTopt也为常数，此时捕获的风能为最大，为式中S——风轮扫风面积。
稳态时，当忽略摩擦阻力转矩，发电机的电磁转矩应该与风力机气动转矩相等，即式（7-7）是在稳态条件下推导出来的发电机电磁转矩与转速之间的关系，它可以作为用于控制电机转矩的给定值，是发电机转速的函数。
即当风速在额定风速以下时，发电机的电磁转矩按照式（7-12）的关系控制，整个系统就能够实现最大风能的捕获，这就是额定风速以下最大风能捕获的基本原理。
风力发电机组控制系统设计-—最大功率点跟踪控制
课程设计说明书风力发电机组控制系统设计-最大功率点跟踪控制专业新能源科学与工程学生姓名喻绸绢班级能源121学号1210604122指导教师薛迎成完成日期2015年12月14日目录1。
控制功能设计要求 01.1任务 02。
设计 (2)2。
1 介绍对象（风力发电系统的最大功率点跟踪控制技术研究)2 2。
2控制系统方案 (2)2.2.1风力机最大功率点跟踪原理 (2)2.2.2风力机发电系统 (5)2。
2。
3风速变化时的系统跟踪过程 (10)3。
硬件设计 (12)4。
软件设计 (15)5.仿真或调试 (16)参考文献 (18)1.控制功能设计要求1.1任务能源与环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题而传统能源已被过度消耗，因此,可再生能源的开发利用越来越受到重视和关注，其中风能具有分布广、储量大、利用方便、无污染等优点是最具大规模开发利用前景的新能源之一。
目前，变速恒频风力发电系统已经广泛用于实际风机中,在低于额定风速的情况下根据风速变化的情况调节风机转速,使其运行于最优功率点，从而捕获最大风能；在高于额定风速时,通过对桨距角的调节，使风机以额定功率输出。
常用最大功率捕获方法主要有功率反馈法、模糊控制法、混合控制法等。
为了充分利用风能,提高风电机组的发电总量，本文分析风机特性及最大功率点跟踪（maximum pow er point tracking MPPT）工作原理。
众多的MPPT实现方法各有千秋,对于不同的应用场所各有所长，对于多种方案,需要进行大量细致的实验工作和数据分析。
风能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源,风能的获取不仅与风力发电机的机械特性有关，还与其采用的控制方法有关。
在某一风机转速情况下，风速越大时风力机的输出功率越大，而对某一风速而言，总有一最大功率点存在。
只有当风力发电机工作在最佳叶尖速比时，才能输出最大功率.好的控制方法可使风轮的转速迅速跟踪风速变化，使风力发电机始终保持在最佳叶尖速比上运行，从而最大限度地获得风能.要保证最大限度地将捕获到的风能转化为电能,目前一般采用最大功率点追踪控制（MPPT)控制策略。
第五章：最大功率点跟踪控制讲解
最大功率点跟踪（MPPT）maximum power point tracking
图1 输出功率曲线与负载 在光伏发电系统中，当光照强
在一定的光照强度和环境温度下， 电阻不同时，光伏电池可以有不 同的输出电压。但是只有在某一输 出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达
到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了
图4-A中五条曲线的MPP趋势与图3-A中的MPP趋势相反；这是由于图 4-A的实测条件下，随着光照增强同时温度也在增加，使得PV组件的 开路电压UOC随温度升高而降低所致。
恒电压控制的原理详述
当忽略温度效应时，硅 型光伏阵列的输出特性
光伏阵列在不同光照强度 下的最大功率输出点 a‘,b’,c‘,d’和e‘总 是近似在某一个恒定的电 压值附近。
第五章 光伏阵列最大功率点跟踪
1.自动追光系统可 以使电池板始终正 对太阳
2.最大功率点跟踪 是通过改变负载电 阻大小来影响输出 功率. 自动追光系统与最大功率点跟踪不同：
不同照度下和不同温度下光伏阵列的伏安特性曲线
太阳能电池板伏安特性曲线
光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出受 环境(主要包括日照强度，温度)和负载情况影响。
CVT方法的应用前景
采用CVT代替MPPT控制，由于其良好的 可靠性和稳定性，目前在光伏系统中仍被较 多使用。随着光伏发电系统中数字信号处理 技术的应用，CVT方法逐渐被新方法取代。
5.2.最大功率点跟踪控制
5.4 现代最大功率点跟踪方法
与上页论述差不多，可作 为参考
在接入光伏发电系统之后，由 汇编语言的控制，对电路实行 最大功率跟踪控制。设定一定 得占空比，测量目前功率p0， 并加入扰动产生电流电压变化， 利用电压电流传感器测得此时 的u1，i1，并计算出p1=u1*i1。 对p0，p1，进行比较，若p1大 于p0，则说明扰动是让系统向 其最大功率输出方向变动，则 继续这种扰动，反之，则改变 扰动方式，通过MPPT控制，送 出这时的控制信号，再对比这 次扰动前后的功率值，循环进 行下去，直至系统功率值在某 一点左右变化为止。
光伏发电中MPPT控制方法综述
光伏发电中MPPT控制方法综述在光伏发电系统里，为了能充分利用光伏发电功率，最大功率点跟踪（MPPT）起着无法替代的作用。
本文将进行具体的分析，以供参考。
标签：光伏发电；MPPT；控制；应用1、前言光伏產业是当今世界上增速最快的行业之一。
为了实现环境和能源的可持续发展，光伏发电已成为很多国家发展新能源的重点，光伏发电将是未来主要的能量来源。
为了充分利用太阳能源，通过最大功率点跟踪（MPPT）的控制方法来使能量最大化以逐渐成为发展趋势。
2、常见的MPPT控制方法2.1 扰动观测法扰动观测法是最大功率跟踪算法中使用最广泛的一种算法，基本思想是：首先增加或减小光伏电池板的输出电压（或电流），然后观测光伏电池输出功率的变化，根据功率变化再连续改变电压（或电流）的幅值，使光伏电池输出功率最终工作于最大功率点。
扰动观察法由于简单易行而被广泛用于MPPT控制中，但随着研究的深入，该方法存在的不足之处逐渐显现出来，即存在震荡和误判的问题。
在实际应用过程中，由于检测精度和计算速度的限制，电压扰动的步长一般是一个定值，在这种情况下，就会产生震荡。
当步长越小时，震荡就越小，跟踪的速度就越慢。
要想达到理想的状态，就要在速度和精度做权衡考虑。
在扰动观察算法运行过程中，当工作电压达到最大功率点附近时，由于步长恒定，有些情况下，工作电压会跨过最大功率点，改变扰动方向后，工作电压再一次反向跨过最大功率点，如此往复循环，即出现了震荡，即扰动观察法的震荡问题。
当日照，温度等外界条件发生变化时，光伏阵列的特性缺陷也会跟着发生变化。
而扰动算法却无法察觉到，算法还认为是在一条曲线上进行扰动观察，此时就会出现扰动方向误判的情况，即扰动观测法的误判问题。
定步长的扰动观测法存在震荡和误判的问题，使系统不能准确的跟踪到最大功率点，造成了能量损失，因此需要对上述定步长的扰动观测法进行改进。
其中，基于变步长的扰动观测法可以在减小震荡的同时，使系统更快的跟踪到最大功率点；基于功率预测的扰动观测法可以解决外部环境剧烈变化时所产生的误判现象；基于滞环比较的扰动观测法在最大功率点跟踪过程中的震荡和误判这两方面均有较好的性能。
mppt最大功率点控制
最大功率跟踪方法小型风力发电机最大功率跟踪方法综述小型风力发电系统结构框图疑问•什么是最大功率点？•如何确定最大功率点？•常用的最大功率点追踪方法？风力机的输出特性设风力机叶片半径为r ，空气密度为ρ,风速为v ，则风力机轴上输出的机械功率为式中:32),(5.0vr C p P πρβλ=Cp （λ，β）为风能利用系数，反映风力机吸收风能的效率。
风速确定时，风力机吸收的风能只与Cp （λ，β）有关。
（1）什么是最大功率点?•在同一风速下，随着风力机转速的不同，风力机将风能转换为机械能的效率是不同的，有一个效率最高的点。
风能利用系数与叶尖速比的关系桨叶节距角β一定时，Cp （λ，β）是叶尖速比λ的函数，如图1所示，此时存在一个最佳叶尖速比λopt 。
对应最大的风能利用系数Cpmax 。
optwtr v λω=（3）此时，风力机轴上输出的机械功率为：332max _)(5.0wtopt optwtP optmech K R r C Pωλωπρ==2__wt opt wtopt mech opt mech K P T ωω==（4）将式(4)的两边都除以风力机的转速，可得风力机轴上输出的机械转矩为：（5）式(4)、(5)给出的风力机输出的机械功率、机械转矩与转速之间的关系称为最佳功率曲线和最佳转矩曲线。
相应的功率曲线除以转速得到的，所以二者所表示的运行状态是一致的。
最大功率追踪原理2__wtopt wtoptmech opt mech K P T ωω==最大功率点追踪常见方法1.扰动观察法2.最佳叶尖速比法3.最佳功率—转速曲线跟踪法4.爬山搜索法扰动观察法•扰动观察法普遍用在风力和太阳能发电系统上的最大功率跟踪技术，结构简单，程序设计统一，但此技术本身本身工作在最大功率左右，不是停留在最大功率点，有一定的能量损失。
最佳叶尖速比法•较低风速段，由于发电机效率下降很快，离最大功率运行更会相差很远。
第6章 光伏发电原理_最大功率点跟踪控制
6.1 概述 6.2 定电压跟踪法 6.3 短路电流比例系数法 6.4 扰动观测法 6.5 电导增量法
§6.1 概述
光伏发电系统中，太阳能的利用率除了与太阳电池的自 身内部特性有关外，还受环境（辐射强度、温度等）和 负载因素的影响。
在同一环境条件下，根据负载阻抗太阳电池可工作在I-V 曲线的任一点上
dP dU
=
I
+U
dI dU
=0
dI
I
dU = − U
§6.5.1 电导增量法基本原理
实际以∆P/∆U近似代替dP/dU， ∆I/∆U近似代替dI/dU
⎧ ΔI
⎪ ⎪
ΔU
>
I −U
最大功率点左边
⎪ ΔI
⎨ ⎪
ΔU
=
I −U
最大功率点
⎪ ΔI ⎪⎩ ΔU
<
I ΔU = knA
§6.5.2 变步长电导增量法
基于U-I曲线特性：
¾ 类似恒流区域，∆I变化率很小
¾ MPP附近，∆I变化率较大
¾ 类似恒压区域，∆I变化率很大
根据工作区域设定不同的步长，利用电导增量法进行MPPT
控制
4
恒流区 MPP附近
1000[W/m2]
3
750[W/m2]
恒压区
2
500[W/m2]
而 太 阳 电 池 I-V曲 线 有 一最 大功 率点 （Maximum Power
Point, MPP）
Current [A] Power [W]
4
1000[W/m2]
3
750[W/m2]
2
500[W/m2]
光伏发电最大功率点跟踪原理及分析
光伏发电最大功率点跟踪原理及分析3.2. 1 光伏发电最大功率点跟踪控制原理从光伏电池的特点中可以看出，它的输出电压与输出电流表现为非线性，而且输出功率 伴随光照强度的改变而变化 。
但是，总是有一最佳电压值，使太阳能电池在一定的条件下能 输出最大功率。
由戴维南定理得知，在特定的日照强度及气温情况下，太阳能电池阵列可表 示为电流源和电阻串联而成的等效电路，在负载电阻与等效内阻相等的情况下，此等效电路 出力最大[46] 。
此时，太阳能电池的输出量一定为最大功率。
3.2.2 部分遮蔽光伏系统的输出特性光伏电池在有部分被遮蔽的情况下时，会导致这些部分所受光辐照度降低 。
所以在此种 情况下的光伏电池输出特性曲线会产生较大波动，其输出特性曲线上有若干个极值点[47] 。
在 此背景下，常规最大功率点跟踪控制算法无法准确的跟踪到整条曲线的最大功率点，而是会 处于一种局部最优的情况[48] 。
下图 3-4 为光伏电池的输出特性曲线，其中曲线 A 表示光伏电 池受光均匀， 曲线 B 表示光伏电池部分被遮蔽。
7350 A 6300 A 2502003 150B2100 1 0 00 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70U /V U /V不同条件下光伏电池的输出特性图由上图可知，在光照强度均匀的条件下，曲线 A 波动稳定，并且仅有一个极值点，这样 传统最大功率点跟踪控制算法就会轻松的将此点作为全局极值点， 以此来完成最大功率点跟 踪 。
但是在光照强度不均匀的条件下，曲线 B 进行了不稳定50 B 5 4波动，整段曲线上出现了两个极值点，传统最大功率点跟踪控制算法无法准确地区分出哪一个极值点为全局极值点，对接下来的工作造成一定的不便。
3.2.3 常见光伏发电最大功率点跟踪控制方法（1）恒定电压法恒压跟踪法直接忽略了温度对其的影响。
当光照强度不同时，装置工作的最大功率点电压大小接近，可选固定电压值。
最大功率跟踪的控制原理
最大功率跟踪（MPPT）是并网发电中的一项重要的关键技术，它是指控制改变太阳电池阵列的输出电压或电流的方法使阵列始终工作在最大功率点上，根据太阳电池的特性，目前实现的跟踪方法主要有以下三种：（1）恒电压法，因为太阳电池在不同光照条件下的最大功率点的电压相差不大，近似为恒定。
这种方法的误差很大，但是容易实现，成本较低；（2）爬山法，通过周期性的不断的给太阳电池阵列的输出电压施加扰动，并观察其功率输出的改变，然后决定下一次扰动的方向。
这种方法的追踪速度较慢，只适合于光强变化较小的环境；（3）导纳微分法(又称增量电导法)，认为太阳电池阵列的的最大功率点处，输出功率对输出电压的一阶倒数等于零。
因此在环境光强发生改变时，根据dI/dV的计算结果是否等于－I/V，决定是否继续调整输出电压，既可实现最大功率点的跟踪。
该方法相对于恒电压法和爬山法有高速稳定的跟踪特性。
上述三种方法各有特点，但是都不同时具有低成本、高稳定性、快速追踪的特性。
第一种方法只是粗略估计了最大功率点的位置，在光强变化到很大或较小时都会产生很大的误差。
后两种方法本质上都是通过判断当前工作点是否处于最大工作点来决定是否继续调整及调整的方向，因此最终的结果是逆变器始终工作在最大功率点的左右，来回振荡，而不是真正的工作在最大功率点处，反应在太阳电池阵列的输出上就是，太阳电池阵列的输出电压或电流总是以一个直流电平为中心上下跳跃，波形很不稳定，而且在光强变化速度较快时，不能及时反应。
三、太阳能电池功率追踪访法及算法扰动观察法是目前太阳能电池最大功率追踪技术中最为成熟以及被采用最多的方法，其系统方块图如图12所示。
由图中可以很明显的看出此法的硬件需求较少，模拟／数字转换器节省得相当多，因此在制造的成本上将大为降低。
扰动观察法之缺点在于最大功率追踪过程中，当大气条件迅速改变时，由于响应速度未能因应调整，会使追踪的速度变缓，造成功率的损失，不过此一缺点可以用软件技术来加以改善，赋予系统自我调整响应速度之功能，这也是本文的研究重点，亦即以软件算法来达到太阳能电池最大功率的追踪，并分析系统操作于较高频率下，其追踪的性能。
最大功率点跟踪(MPPT)
电子知识最大功率点(2)MPPT(14)MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”(Maximum Power Point Tracking)太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。
所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。
下面我们用一种机械模拟对比的方式来向大家解释MPPT太阳能控制器的基本原理。
要想给蓄电池充电，太阳板的输出电压必须高于电池的当前电压，如果太阳能板的电压低于电池的电压，那么输出电流就会接近0。
所以，为了安全起见，太阳能板在制造出厂时，太阳能板的峰值电压(Vpp)大约在17V左右，这是以环境温度为25°C时的标准设定的。
这样设定的原因，(有意思的是，不同于我们普通人的主观想象，下面的结论可能会让我们吃惊)在于当天气非常热的时候，太阳能板的峰值电压Vpp会降到15V左右，但是在寒冷的天气里，太阳能的峰值电压Vpp可以达到18V!现在，我们再回头来对比MPPT太阳能控制器和传统太阳能控制器的区别。
传统的太阳能充放电控制器就有点象手动档的变速箱，当发动机的转速增高的时候，如果变速箱的档位不相应提高的话，势必会影响车速。
但是对于传统控制器来说，充电参数都是在出厂之前就设定好的，这就像车的档位被固定设置在了1档。
那么不管你怎样用力的踩油门，车的速度也是有限的。
MPPT控制器就不同了，它是自动挡的。
它会根据发动机的转速自动调节档位，始终让汽车在最合理的效率水平运行。
就是说，MPPT控制器会实时跟踪太阳能板中的最大的功率点，来发挥出太阳能板的最大功效。
电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出更多的电量，从而提高充电效率。
理论上讲，使用MPPT控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%，但是跟据我们的实际测试，由于周围环境影响与各种能量损失，最终的效率也可以提高20%-30%。
从这个意义上讲，MPPT太阳能充放电控制器，势必会最终取代传统太阳能控制器为什么要使用MPPT ?太阳能电池组件的性能可以用U-I曲线来表示。
最大功率跟踪原理及控制方法
最大功率跟踪原理及控制方法
最大功率跟踪原理是一种发电机控制方法，它的目的是实现从发电机输出到负载的最大功率曲线。
最大功率跟踪也称负载功率跟踪，是通过更新发电机负载功率曲线的参数使发电机的效率最大化。
原理是通过控制发电机的电流和电压输出到负载，以及根据发电机的负载和负载电压实时调节其转速，使其输出的功率最大化，从而达到发电机效率最大化的目的。
其次是期望值跟踪控制，该方法的原理是通过设定发电机输出的期望数值，根据发电机的负载和负载电压实时调整发电机的转速和功率，从而最大化发电机的功率输出。
第三种是未知负载控制方法，它的原理是采用负反馈技术来控制发电机。
光伏发电系统最大功率点跟踪控制
!"# 太 阳 能 电 池 的 输 出 特 性 太阳能电池的电压)电流 （% &)’&* 特 性 在 忽 略 太 阳
能电池内部小的串联和并联电阻以后可以表示为： （#） ’ & ( ) +, ) ) * - % )#* 式中， ) +, 是 太 阳 能 电 池 的 短 路 电 流 ， )" 为 二 极 管 反向饱和电流， 为 电 子 电 荷 ， 为 波 耳 兹 曼常数， + . , 是绝对温度。 图 ! 是 太 阳 能 电 池 的 % &)’& 特 性 随 日 射 强 度 和 温 度 变 化 的 关 系 。由 图 可 见 ， 并存在 % &) ’& 特 性 是 非 线 性 的 ， 最大功率点，而且最大功率点也随日射强度和太阳能 电 池 温 度 的 变 化 而 变 动 。因 此 ， 为获得太阳能电池最大
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图 . 给 出 了 日 照 #/0 1 2!、 温 度 !34 时 的 功 率 特 性 ， 以 及 电 压 & " 与 功 率 对 电 压 的 微 分 # !" % # & " 的 关 太 阳 能 电 池 在 # !" % 系 。 从 # !" % # & " 和 & " 的 关 系 可 见 ， 而且通过图 ! 电压)电流特性 # & "% " 点 发 生 最 大 功 率 ， 曲线形状的一致性可知此结论在日射强度或温度变 动 时 仍 成 立 。因 此 ， 将 # !" % # & "% " 作 为 控 制 目 标 ， 可以 实现任何日射强度和任何温度时的最大功率点跟踪 控制。这样， 就把最大功率点跟踪控制转化为使太阳 能 电 池 的 # !" % # & " 保 持 为 " 的 定 值 控 制 问 题 。
最大功率跟踪的控制原理
最大功率跟踪（MPPT）是并网发电中的一项重要的关键技术，它是指控制改变太阳电池阵列的输出电压或电流的方法使阵列始终工作在最大功率点上，根据太阳电池的特性，目前实现的跟踪方法主要有以下三种：（1）恒电压法，因为太阳电池在不同光照条件下的最大功率点的电压相差不大，近似为恒定。
这种方法的误差很大，但是容易实现，成本较低；（2）爬山法，通过周期性的不断的给太阳电池阵列的输出电压施加扰动，并观察其功率输出的改变，然后决定下一次扰动的方向。
这种方法的追踪速度较慢，只适合于光强变化较小的环境；（3）导纳微分法（又称增量电导法），认为太阳电池阵列的的最大功率点处，输出功率对输出电压的一阶倒数等于零。
因此在环境光强发生改变时，根据dI/dV 的计算结果是否等于－I/V ，决定是否继续调整输出电压，既可实现最大功率点的跟踪。
该方法相对于恒电压法和爬山法有高速稳定的跟踪特性。
上述三种方法各有特点，但是都不同时具有低成本、高稳定性、快速追踪的特性。
第一种方法只是粗略估计了最大功率点的位置，在光强变化到很大或较小时都会产生很大的误差。
后两种方法本质上都是通过判断当前工作点是否处于最大工作点来决定是否继续调整及调整的方向，因此最终的结果是逆变器始终工作在最大功率点的左右，来回振荡，而不是真正的工作在最大功率点处，反应在太阳电池阵列的输出上就是，太阳电池阵列的输出电压或电流总是以一个直流电平为中心上下跳跃，波形很不稳定，而且在光强变化速度较快时，不能及时反应。
三、太阳能电池功率追踪访法及算法扰动观察法是目前太阳能电池最大功率追踪技术中最为成熟以及被采用最多的方法，其系统方块图如图12所示。
由图中可以很明显的看出此法的硬件需求较少，模拟／数字转换器节省得相当多，因此在制造的成本上将大为降低。
扰动观察法之缺点在于最大功率追踪过程中，当大气条件迅速改变时，由于响应速度未能因应调整，会使追踪的速度变缓，造成功率的损失，不过此一缺点可以用软件技术来加以改善，赋予系统自我调整响应速度之功能，这也是本文的研究重点，亦即以软件算法来达到太阳能电池最大功率的追踪，并分析系统操作于较高频率下，其追踪的性能。
风力发电系统的控制与优化设计
风力发电系统的控制与优化设计随着环保意识的逐渐加强和新能源的迅速发展，风力发电作为其中的重要一环，其在可再生能源中的地位也日渐稳固。
然而，风力发电存在一些技术和经济上的问题需要解决，其中之一就是如何控制和优化风力发电系统的运行，以提高运行效率，减少损失和维护成本。
本文将就风力发电系统的控制与优化设计进行探讨。
一、风力发电系统的控制风力发电的基本原理是利用风力带动叶轮旋转，通过机械装置将转动的动能转化为电能。
因此，控制风力发电系统的运行状态和输出电能的质量是非常重要的。
主要的控制策略包括以下几种：1. 最大功率点跟踪控制最大功率点跟踪控制是指通过控制风力机叶轮旋转的速度，使得叶轮的运行状态始终在最大输出功率点附近，从而获得最大的输出功率。
这样可以提高系统的效率和经济性。
2. 稳定控制稳定控制是指通过控制风力机转速，使风轮的转速始终保持在合适的范围内，以确保机组的安全稳定运行。
此外，还需要对设备进行实时监测和故障诊断，保障系统的安全性。
3. 风机启动控制风机启动控制是指在风速低于额定值时，需要对风机进行启动控制。
比较常用的方法是采用风机起动系统，在启动系统中设置起动器，通过引导风机叶片转动来启动风机。
二、风力发电系统的优化设计除了控制风力发电系统的运行状态外，优化设计也是提高发电系统性能的重要手段。
主要的优化策略包括以下几种：1. 叶轮设计优化叶轮是风力发电系统中最核心的部分，其设计的合理与否直接影响到风力机的转速和输出功率。
因此，在叶轮设计中需要考虑叶轮的结构尺寸、叶片的数量、形状和角度等因素，以实现最佳的输出功率。
2. 发电机选择优化发电机是将机械能转化为电能的关键部件之一。
不同类型和规格的发电机具有不同的性能和特点，需要针对实际应用情况进行选择。
同时，还需要考虑发电机的输出功率和效率，以提高系统的运行效率。
3. 维护保养优化维护保养是风力发电系统中非常重要的环节，对其进行优化可以有效地减少故障率和维修成本。
光伏并网系统中MPPT原理、算法及控制策略
一、光伏电池的主要参数 二、光伏电池输出特性分析 三、最大功率点跟踪MPPT原理 四、MPPT控制策略 五、扰动观察法 六、改进式MPPT控制
一、光伏电池的主要参数
开路电压 短路电流 峰值功率 填充因子 效率
光伏阵列的电气特性
太阳光照强度
图1 光伏组件的输出特性曲线
温度影响
二、光伏电池输出特性分析
四、MPPT控制策略
• • • • • 固定电压法 扰动观察法 增量电导法 短路电流法 智能化控制算法
除此之外，变步长导纳增量法，基于模糊控制的 MPPT方法，基于预测数据的MPPT方法，基于差分方程解 的MPPT方法
五、扰动观察法
扰动观察法时一种闭环的MPPT算法。其基本思路是：首先，扰动光伏阵列的输出电压， 然后测量光伏阵列的输出电压和输出电流，接着比较前后两次功率的大小，最后朝着功率 较大的方向继续扰动。 优点：在太阳光照度发生变 化以后,能够不断地自主跟踪 最大功率点； 缺点：如果使用最小步长的 扰动算法,那么收敛速度十分 缓慢，假如使用大的扰动步 长,则最终不一定能跟踪到最 大功率点。扰动观察法还有 一个问题就是系统不断地在 最大功率点附近扰动,那么工 作点就会在最大功率点附近 来回往复,这种现象称为多点 谐振,导致功率损失。
图2
结温不变，日照强度变化
①光伏电池的短路电流随光照强度增强而变大，两者近似为比例关系;光伏电池的开路电压 在各种日照条件下变化不大； ②光伏电池的最大输出功率随光照强度增强而变大，且在同一日照环境下有唯一的最大输 出功率点。在最大功率点左侧，输出功率随电池端电压上升呈近似线性上升趋势;到达最大 功率点后，输出功率开始快速下降，且下降速度远大于上升速度； ③如图2(a)所示：在虚线A的左侧，光伏电池的特性近似为电流源，右侧近似为电压源。虚 线A对应最大功率点时光伏电池的工作电流，约为电池短路电流的90%； ④如图2(b)所示：结温一定的情况下，光伏电池最大功率点对应的输出电压值基本不变。 该值约为开路电压的76%
风力发电控制系统中的最大功率点跟踪算法研究
风力发电控制系统中的最大功率点跟踪算法研究随着环保意识的提高，新能源逐渐成为全球范围内的焦点。
其中，风能作为一种绿色、清洁的能源资源，受到越来越多的关注。
风力发电技术的不断创新和发展，推动了风能产业的快速发展。
然而，在风力发电系统中，风机的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT)一直是一个研究热点和难点。
风力发电系统的控制设计是保证风机在不同气象条件下输出最大电功率的关键。
而一个重要的控制策略就是MPPT算法技术。
MPPT算法是指根据当前风速和风机出力来估计最大功率点电压的控制方法。
然而，由于风能发电存在气象且难以预测，风机输出功率的非线性和时变性等因素，导致MPPT算法的研究和实现十分复杂。
在目前的研究中，有三种常见的MPPT算法：模拟式算法、启发式算法和精确式算法。
模拟式算法是最早应用的一种MPPT算法，其基本思路是通过对风机输出功率曲线进行分析，找到最大功率点，进而控制风机工作电压和变桨角度。
然而，该算法有以下缺点：其不易对复杂气象条件进行适应，不能准确地确定平稳工作状态，难以满足各种气象条件下的MPPT需求。
启发式算法是基于遗传算法、人工神经网络、模糊推理等技术进行最大功率跟踪的控制方法，可较好地解决模拟式算法的缺点。
相比模拟式算法，启发式算法在复杂气象条件下表现更为优越，能够提高风能系统的效率。
但是，启发式算法的计算时间较长，复杂度较高，不利于实时控制和应用。
精确式算法是目前最为常用的MPPT算法之一，它基于模型预测控制和神经网络等理论，在保证系统性能和稳定性的前提下，能够进行强大的MPPT跟踪控制。
提供了更为精确的功率跟踪性能，适用于各种复杂气象条件下的最大功率跟踪控制。
不过，精确式算法在实际应用中多需要通过风机采集器对风机性能特性进行模拟，计算量相对较大，需要使用较高的计算能力。
总之，“最大功率点跟踪算法”在风力发电系统控制中扮演着重要的角色。
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最大功率跟踪原理及控制方法
2.1最大功率跟踪原理
太阳能电池的输出特性如图一所示，从图中的P/V特性曲线可以看出，随着端电压的增加输出功率先增加后减小，说明存在一个端电压值，在其附近可获得最大功率，因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率,一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点,使之始终工作在最大功率点附近,这一过程就称之为最大功率点跟踪-MPPT。
图一光伏电池的特性曲线
2.2 最大功率跟踪的控制方法
MPPT的控制方法：光伏系统中的最大功率点跟踪的控制方法很多，使用最多的是自寻优的方法，即系统不直接检测光照和温度，而是根据光伏电池本身的电压电流值来确定最大功率点。
这种方法又叫做TMPPT(True Maximum Power Point Tracking)。
在自寻优的算法中，最典型的是扰动观察法和增量电导法。
本论文使用扰动观察法，扰动观察法主要根据光伏电池的P-V特性，通过扰动端电压来寻找MPPT，其原理是周期性地扰动太阳能电池的工作电压值( ),再比较其扰动前后的功率变化，若输出功率值增加，则表示扰动方向正确，可朝同一方向(+ )扰动；若输出功率值减小，则往相反(- )方向扰动。
通过不断扰动使太阳能电池输出功率趋于最大，此时应有[8]。
此过程是由微处理器即C8051F320控制完成的。
3、系统的总体结构
3.1系统的结构图
系统的结构图如图二所示。
其中单片机要采集太阳能电池的输出电压和输出电流及蓄电池的充电电流和开路电压，通过一定的控制算法（即改变占空比），调节太阳能电池的输出电压和电流，从而实现太阳能电池在符合马斯曲线的条件下以最佳功率对蓄电池充电，系统的硬件主要由核心控制模块、采样模块、驱动模块、升压式DC/DC变换器模块组成。
图二系统结构图
本课题选用单片机C8051F320，利用C8051F320产生PWM，进而实现最佳功率充电。
C8051F320的可编程计数器/定时器阵列PCA0由一个专用的16位计数器/定时器和5个16位捕捉/比较模块组成。
每个捕捉/比较模块有其自己的I/O线，系统在这里选择PCA的模块0和模块1，每个模块的工作方式是8位脉冲宽度调制器方式，占空比由式（1）给出。
（1）
由式（1）可知，当PCA0CPHn=0时占空比最大为100%，当PCA0CPHn=0xFF时占空比最小为0.39%。
可以通过清‘0’ECOMn位产生0%的占空比【9】。
3.2系统的流程图
系统的流程图如图三所示。
在蓄电池充电之前先检查蓄电池当前容量C，如果C小于额定容量的30﹪，就要切断负载向上位机发送警告信号，防止蓄电池过度放电。
如果C大于额定容量的30﹪，那么就要采集蓄电池的充电电流，如果符合当前马斯曲线所对应的最佳充电电流即最大充电电流时，便可以此电流对蓄电池充电；如果大于时，要调整占空比，使趋近于；如果小于时，这时要调整占空比，如果趋近于，则以此电流充电，否则，就要以最大功率所对应的电流对蓄电池充电。
系统流程图图三
4、实验结果
本实验的太阳能电池在标准测试条件下的额定峰值功率为36W，开路电压为21.5V，经实验，得到直接对蓄电池充电和采用MPPT算法充电在不同条件下测得的充电电流，实验表明，采用了MPPT充电控制器以后，在相同的外界条件下，太阳能电池的充电功率比直接充电有了明显的提高。
表一对比实验结果
参考文献
【1】Bimal K. Bose. Energy, Environment, and Advances in Power, IEEE. Trans. Power Electron, 2000(15):688-701
【2】裴郁．我国可再生能源发展战略研究[ D].辽宁:辽宁师范大学硕士学位论文.2004:5 【3】张瑞宁，石新春.独立光伏系统最大功率跟踪控制器的实现[J].电源技术研究与实现，2008(7)：468-471.
【4】周志敏，周记海，纪爱华.充电器电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2005. 【5】吴春华，张翼，肖鹏等.一种光伏独立发电控制系统[J].上海大学学报，2008(4)：359-363. 【6】郑诗程，刘伟，葛芦生.具有TMPPT功能的太阳能光伏充电系统研究[J],电子测量与仪器学报，2008,22(3)：11-15.
【7】中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会. 中国光伏发电的技术现状及展望[J]. 可再生能源，2002(3)：5-8.
【8】闫妍.智能型多用途太阳能供电系统[J].辽宁：辽宁工学院，2007：9-10，21-22. 【9】新华龙公司.C8051F320/1混合信号ISP FLASH微控制器数据手册[J].潘琢金，译.2004：203-215.
作者简介
韩文颖，女，硕士，内蒙古工业大学工程训练中心教师。
赵明君，男，硕士，长治供电分公司继电保护所。
孙万利，男，硕士，内蒙古工业大学工程训练中心教师。
韩萍，女，学士，长治供电分公司继电保护所。
逆变器的原理及其在光伏发电系统中的应用
2012-05-15 08:45:38 来源：电子工程网评论：0点击：480
目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。
中国太阳能光伏网讯：目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。
此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同（如１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ等），很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。
另外，光伏发电最终将实现并网运行，这就必须采用成熟的市场模式，今后交流光伏发电系统必将成为光伏发电的主流。
光伏发电系统对逆变电源的要求采用交流电力输出的光伏发电系统，由光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变器四部分组成（并网发电系统一般可省去蓄电池），而逆变器是关键部件。
光伏发电系统对逆变器要求较高：
１．要求具有较高的效率。
由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。
２．要求具有较高的可靠性。
目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等。
３．要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如１２Ｖ蓄电池，其端电压可在１０Ｖ～１６Ｖ之间变化，这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。
４．在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。
这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的要求，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免与公共电网的电力污染，也要求逆变器输出正弦波电流。
逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。
对大容量的逆变器，由于直流母线电压较高，交流输出一
般不需要变压器升压即能达到２２０Ｖ，在中、小容量的逆变器中，由于直流电压较低，如１２Ｖ、２４Ｖ，就必须设计升压电路。
中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种，推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。
其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。
全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。
由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。
该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。
另外，为防止上、下桥臂发生共同导通，必须设计先关断后导通电路，即必须设置死区时间，其电路结构较复杂。
推挽电路和全桥电路的输出都必须加升压变压器，由于升压变压器体积大，效率低，价格也较贵，随着电力电子技术和微电子技术的发展，采用高频升压变换技术实现逆变，可实现高功率密度逆变，这种逆变电路的前级升压电路采用推挽结构，但工作频率均在２０ＫＨｚ以上，升压变压器采用高频磁芯材料，因而体积小、重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电（一般均在３００Ｖ以上）再通过工频逆变电路实现逆变。
采用该电路结构，使逆变器功率大大提高，逆变器的空载损耗也相应降低，效率得到提高，该电路的缺点是电路复杂，可靠性比上述两种电路低。