第7章最大功率点跟踪(M)技术
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)。
第六章 光伏并网逆变器控制策略
电力电子系统的控制主要包括对给定信号的跟 随（跟随性）和对扰动信号的抑制（抗扰性） 两个方面。
两个基本控制要求： 一是要保持前后级之间的直流侧电压稳定
二是要实现并网电流控制
2020/4/8
济南大学物理学院
1
显然通过控制交流侧Ui的幅值和相位，便可 控制UL的幅值和相位，也即控制了电感电流 的幅值和相位。
✓ 由图7-3可以看出，在光伏电池温度变化不大时， 光伏电 池的P-U输出特性曲线上的最大功率点几 乎分布于一条垂直直线的两侧，因此将光伏电池 输出电压控制在其最大功率点电压处，此时光伏 电池将工作在最大功率点。
最大功率点电压与开 路电压之间存在近 似的线性关系
图7-3 光伏电池不同日照强度下的P-V特性曲线
• 图7-1分别给出了光伏电池在不同的温度， 日照强度下的I-V特性曲线。
图7-1 光伏电池不同温度、日照强度下的I-V特性曲线
2020/4/8
济南大学物理学院
8
• 由图7-1可知，光伏电池既非恒压源，也非恒流 源，是一种非线性直流源。输出电流在大部分 工作电压范围内相对恒定，最终在一个足够高 的电压之后，电流迅速下降至零。
• 由于光伏电池的输出特性是复杂的非线性形式， 难以确定其数学模型，无法用解析法求取最大 功率。
2020/4/8
济南大学物理学院
7-1212
常见几种MPPT方法: (l)恒定电压跟踪法; (2)扰动观测法（爬山法）; (3)导纳增量法; (4)智能控制的方法。
2020/4/8
济南大学物理学院
13
7.2 定电压跟踪法
2020/4/8
济南大学物理学院
3
间接电流控制：通过控制并网逆变器交流侧电压来 间接控制输出电流矢量。
直接电流控制方案依据系统动态模型构造电流闭 环控制系统，
2020/4/8
济南大学物理学院
4
• 相对于电网电压矢量位置的电流矢量控制， 称为基于电压定向的矢量控制(VOC)。
• 相对于电网电压矢量位置的功率控制，称为 基于电压定向的直接功率控制(V-DPC)。
2020/4/8
济南大学物理学院
15
7.3 扰动观测法（爬山法）
扰动观测法(Perturbation Observation, PO)是 目前实现 MPPT常用的方法，它通过不断扰动 光伏系统的工作点来寻找最大功率点的方向。
• 工作原理：先扰动输出电压值，然后测其功率 变化并与扰动之前的功率值比较，如果功率值 增加，则表示扰动方向正确，继续朝同一方向 扰动，如果扰动后功率值小于扰动前的值，则 往相反的方向扰动。
图7-2 光伏电池不同温度、日照强度下的P-V特性曲线
2020/4/8
济南大学物理学院
10
•从图7-2中可以看出，在一定的温度和日照强度下， 光伏电池具有唯一的最大功率点，当光伏电池工作 在该点时， 能输出当前温度和日照条件下的最大 功率。 • 在最大功率点左侧，光伏电池的输出功率随着工 作点电压的增加而增大；在最大功率点右侧，光伏 电池的输出功率随着工作点电压的增加而减小。 • 当结温增加时，光伏电池的开路电压下降，短路 电流略有增加，最大输出功率减小, 当日照强度增 加时，光伏电池的开路电压变化不大，短路电流增 加明显，最大输出功率增加。
Um ppK1Uoc
2020/4/8
济南大学物理学院
14
定电压跟踪法特点：
(1)开环控制，控制简单，控制易实现; (2)系统不会出现因给定的控制电压剧烈变化而引起 振荡，具有良好的稳定性; (3)控制精度差，系统最大功率跟踪的精度取决于给 定电压值选择的合理性; (4)控制的适应性差，当系统外界环境，如太阳辐射 强度，光伏电池板温度发生改变时系统难以进行准 确的最大功率点跟踪。
2020/4/8
济南大学物理学院
7-1111
• 从上面的分析中看出，光伏电池的输出是一个 随机的、不稳定的供电系统。工作时由于光伏 电池的输பைடு நூலகம்特性受负荷状态、光照强度、环境 温度等的影响而大幅度变化， 其短路电流与日 照量几乎成正比关系增减，开路电压受温度变 化的影响较大。
• 最大功率点时刻在变化。因此，就不能用等效 电阻的方法获取最大功率。
2020/4/8
济南大学物理学院
2
并网控制的工作原理：首先由并网控制给定 的有功、 无功功率指令和电网电压矢量，计 算出输出电流矢量I*；
再由 Ui = U L+E ；可得交流侧输出电压指令 Ui * jLI * E
通过SPWM或SVPWM 控制逆变器输出所需交流侧 电压矢量，实现逆变器并网电流的控制。
2020/4/8
济南大学物理学院
16
• 扰动观测法示意图如图7-4所示
图7-4 扰动观测法示意图
2020/4/8
济南大学物理学院
17
• 扰动观测法程序流程如图7-5所示
图7-5 扰动观测法流程图
扰动观测法按照每次扰动的电压变化量是否固 定，可分为定步长和变步长扰动观测法。
2020/4/8
济南大学物理学院
• 光伏电池的输出特性近似为矩形，即低压段近 似为恒流源，接近开路电压时近似为恒压源。
• 温度相同时，随着日照强度的增加，光伏电池 的开路电压几乎不变，短路电流有所增加；日 照强度相同时，随着温度的升高，光伏电池的 开路电压下降，短路电流有所增加。
2020/4/8
济南大学物理学院
9
• 图7-2分别给出了光伏电池在不同的温 度，日照强度下的P-U特性曲线。
18
扰动观测法的特点：
以上两种并网逆变器控制策略的控制性能取决于 电网电压矢量位置的精确获得。
2020/4/8
济南大学物理学院
5
第七章 最大功率点跟踪技术
7.1 概述 光伏电池由于受外界因素(温度、日照强度等)影 响很多，因此其输出具有明显的非线性。
不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一 的最大功率点(Maximum Power Point, MPP)上。
2020/4/8
济南大学物理学院
7-6 6
光伏系统应寻求光伏电池的最优工作状态， 以最大限度的实现光能转换为电能
利用控制方法实现光伏电池最大功率输出运行 的 技术称为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技术。
2020/4/8
济南大学物理学院
7-7 7
电力电子系统的控制主要包括对给定信号的跟 随（跟随性）和对扰动信号的抑制（抗扰性） 两个方面。
两个基本控制要求： 一是要保持前后级之间的直流侧电压稳定
二是要实现并网电流控制
2020/4/8
济南大学物理学院
1
显然通过控制交流侧Ui的幅值和相位，便可 控制UL的幅值和相位，也即控制了电感电流 的幅值和相位。
✓ 由图7-3可以看出，在光伏电池温度变化不大时， 光伏电 池的P-U输出特性曲线上的最大功率点几 乎分布于一条垂直直线的两侧，因此将光伏电池 输出电压控制在其最大功率点电压处，此时光伏 电池将工作在最大功率点。
最大功率点电压与开 路电压之间存在近 似的线性关系
图7-3 光伏电池不同日照强度下的P-V特性曲线
• 图7-1分别给出了光伏电池在不同的温度， 日照强度下的I-V特性曲线。
图7-1 光伏电池不同温度、日照强度下的I-V特性曲线
2020/4/8
济南大学物理学院
8
• 由图7-1可知，光伏电池既非恒压源，也非恒流 源，是一种非线性直流源。输出电流在大部分 工作电压范围内相对恒定，最终在一个足够高 的电压之后，电流迅速下降至零。
• 由于光伏电池的输出特性是复杂的非线性形式， 难以确定其数学模型，无法用解析法求取最大 功率。
2020/4/8
济南大学物理学院
7-1212
常见几种MPPT方法: (l)恒定电压跟踪法; (2)扰动观测法（爬山法）; (3)导纳增量法; (4)智能控制的方法。
2020/4/8
济南大学物理学院
13
7.2 定电压跟踪法
2020/4/8
济南大学物理学院
3
间接电流控制：通过控制并网逆变器交流侧电压来 间接控制输出电流矢量。
直接电流控制方案依据系统动态模型构造电流闭 环控制系统，
2020/4/8
济南大学物理学院
4
• 相对于电网电压矢量位置的电流矢量控制， 称为基于电压定向的矢量控制(VOC)。
• 相对于电网电压矢量位置的功率控制，称为 基于电压定向的直接功率控制(V-DPC)。
2020/4/8
济南大学物理学院
15
7.3 扰动观测法（爬山法）
扰动观测法(Perturbation Observation, PO)是 目前实现 MPPT常用的方法，它通过不断扰动 光伏系统的工作点来寻找最大功率点的方向。
• 工作原理：先扰动输出电压值，然后测其功率 变化并与扰动之前的功率值比较，如果功率值 增加，则表示扰动方向正确，继续朝同一方向 扰动，如果扰动后功率值小于扰动前的值，则 往相反的方向扰动。
图7-2 光伏电池不同温度、日照强度下的P-V特性曲线
2020/4/8
济南大学物理学院
10
•从图7-2中可以看出，在一定的温度和日照强度下， 光伏电池具有唯一的最大功率点，当光伏电池工作 在该点时， 能输出当前温度和日照条件下的最大 功率。 • 在最大功率点左侧，光伏电池的输出功率随着工 作点电压的增加而增大；在最大功率点右侧，光伏 电池的输出功率随着工作点电压的增加而减小。 • 当结温增加时，光伏电池的开路电压下降，短路 电流略有增加，最大输出功率减小, 当日照强度增 加时，光伏电池的开路电压变化不大，短路电流增 加明显，最大输出功率增加。
Um ppK1Uoc
2020/4/8
济南大学物理学院
14
定电压跟踪法特点：
(1)开环控制，控制简单，控制易实现; (2)系统不会出现因给定的控制电压剧烈变化而引起 振荡，具有良好的稳定性; (3)控制精度差，系统最大功率跟踪的精度取决于给 定电压值选择的合理性; (4)控制的适应性差，当系统外界环境，如太阳辐射 强度，光伏电池板温度发生改变时系统难以进行准 确的最大功率点跟踪。
2020/4/8
济南大学物理学院
7-1111
• 从上面的分析中看出，光伏电池的输出是一个 随机的、不稳定的供电系统。工作时由于光伏 电池的输பைடு நூலகம்特性受负荷状态、光照强度、环境 温度等的影响而大幅度变化， 其短路电流与日 照量几乎成正比关系增减，开路电压受温度变 化的影响较大。
• 最大功率点时刻在变化。因此，就不能用等效 电阻的方法获取最大功率。
2020/4/8
济南大学物理学院
2
并网控制的工作原理：首先由并网控制给定 的有功、 无功功率指令和电网电压矢量，计 算出输出电流矢量I*；
再由 Ui = U L+E ；可得交流侧输出电压指令 Ui * jLI * E
通过SPWM或SVPWM 控制逆变器输出所需交流侧 电压矢量，实现逆变器并网电流的控制。
2020/4/8
济南大学物理学院
16
• 扰动观测法示意图如图7-4所示
图7-4 扰动观测法示意图
2020/4/8
济南大学物理学院
17
• 扰动观测法程序流程如图7-5所示
图7-5 扰动观测法流程图
扰动观测法按照每次扰动的电压变化量是否固 定，可分为定步长和变步长扰动观测法。
2020/4/8
济南大学物理学院
• 光伏电池的输出特性近似为矩形，即低压段近 似为恒流源，接近开路电压时近似为恒压源。
• 温度相同时，随着日照强度的增加，光伏电池 的开路电压几乎不变，短路电流有所增加；日 照强度相同时，随着温度的升高，光伏电池的 开路电压下降，短路电流有所增加。
2020/4/8
济南大学物理学院
9
• 图7-2分别给出了光伏电池在不同的温 度，日照强度下的P-U特性曲线。
18
扰动观测法的特点：
以上两种并网逆变器控制策略的控制性能取决于 电网电压矢量位置的精确获得。
2020/4/8
济南大学物理学院
5
第七章 最大功率点跟踪技术
7.1 概述 光伏电池由于受外界因素(温度、日照强度等)影 响很多，因此其输出具有明显的非线性。
不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一 的最大功率点(Maximum Power Point, MPP)上。
2020/4/8
济南大学物理学院
7-6 6
光伏系统应寻求光伏电池的最优工作状态， 以最大限度的实现光能转换为电能
利用控制方法实现光伏电池最大功率输出运行 的 技术称为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技术。
2020/4/8
济南大学物理学院
7-7 7