光伏系统功率跟踪算法的仿真平台设计及其实现.docx

《光伏系统功率跟踪算法的仿真平台设计及其实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光伏系统功率跟踪算法的仿真平台设计及其实现.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、光伏系统功率跟踪算法的仿真平台设计及其实现 摘 要： 将虚拟仿真技术应用于试验课程，有利于提高教学质量，为此，文中探讨光伏系统最大功率跟踪算法中扰动视察法及电导增量法的原理，并通过Matlab/Simulink建立了它们的仿真平台。通过仿真结果对比探讨上述方法，得出扰动视察法跟踪算法简洁，其特点是震荡中搜寻电池输出最大功率点;电导增量法的特点是平稳且快速的搜寻到最大功率点。该探讨为光伏发电技术的仿真平台的开发供应一种途径。 关键词： 光伏发电; 最大功率点跟踪; 仿真平台; 扰动视察法; 电导增量法; Matlab 中图分类号： TN830.434; TM615 文献标识码： A 文章编号：

2、1014373X12010404 Abstract： The application of the virtual simulation technology in experimental courses can help to improve the teaching quality. Therefore， the principles of the perturbation observation method and conductance increment method are discussed in this paper for the maximum power tracki

3、ng algorithm of the photovoltaic system， for which the simulation platform is established with the Matlab/Simulink. The above methods are comparatively researched by the simulation. The results show that the tracking algorithm of the perturbation observation method is simple and has the characterist

4、ics of searching the maximum power point output by the battery during oscillation， and the conductance increment method has the characteristic of searching the maximum power point stably and fast. The research can provide an approach for the simulation platform development of the photovoltaic power

5、generation technology. Keywords： photovoltaic power generation; maximum power point tracking; simulation platform; perturbation observation method; conductance increment method; Matlab 0 引 言 随着国家重视并开展虚拟仿真试验教学中心的建设，很多学校重视并开发虚拟仿真试验13。虚拟仿真试验教学注入了新的活力，不仅避开了试验条件等限制，又可以扩展试验内容，让学生有机会独立开展更多的探究性、探讨性试验，同时缓解试验

6、内容与学时之间的冲突，还有利于学生驾驭现代仿真软件工具、培育学生的实践实力和创新实力48。最近，随着光伏产业的快速发展，很多高校开设了相关课程。但是光伏发电本身具有非线性和时变性，无法建立精确的数学模型，且受外界天气因素影响巨大9，所以相关理论教学难以形象阐述这部分教学内容，尤其是光伏发电量最大功率点跟踪技术10。由此，开发光伏发电最大功率点跟踪仿真技术的平台，对于教学非常重要1112。 为此，本文探讨光伏系统最大功率跟踪算法中扰动视察法及电导增量法的原理，并通过Matlab/Simulink建立了它们的仿真平台。通过仿真结果对比探讨，得出扰动视察法跟踪算法简洁，采样的精度要求低且跟踪速度较快

7、;电导增量法可快速稳定工作在最大功率点且输出平稳，但是对采样的精度要求较高。该探讨为光伏发电技术的仿真平台开发供应一种途径。 1 最大功率點跟踪算法的原理 光伏发电最大功率点跟踪原理是在给定条件下让电池产生的电能高效地传输给负载，使系统的能量利用率尽量的提高。基本原理如图1所示，图中横坐标是电池输出电压，纵坐标是电池输出功率。通过对比电池当前输出功率与前一次功率的大小，推断电池输出最大功率的方向;然后通过增加或削减负载的大小调整输出电压，以达到电池输出功率最大。 图1 最大功率点跟踪示意图 目前，光伏发电最大功率点跟踪算法大体可以分为扰动视察法、电导增量法及其相关改进算法13。常用的有两种就是

8、扰动视察法和电导增量法。扰动视察法又称为爬山法14，该方法原理简洁，其主要原理是通过不断扰动光伏系统当前输出电流或者电压，采集扰动后的输出电流和电压并计算输出功率，将输出功率与前一次的功率进行比较，依据比较的结果来判定下一次的扰动方向。电导增量算法15是以电导和瞬时电导的比较确定最大功率点位置，详细是依据输出功率与电压曲线的斜率推断：假如斜率大于0，那么输出电压应当在最大功率点的左边曲线;假如斜率小于0，那么是在最大功率点的右边曲线;假如斜率等于0，那么正好为最大功率点输出。下面对扰动视察法和电导增量法详细流程进行说明。 扰动视察法推断流程如图2所示。 详细过程如下：限制器首先采集2个相邻时刻

9、的电压和电流V，I，V，I，然后分别计算出它们的功率P，P。通过求两功率之差dP=P-P来推断下一步扰动的方向。假如dP>0且V-V>0，则电压向右边扰动一个步长V= V+V;其他状况类似，直到找到最大功率点。 图2 扰动视察法流程图 电导增量法详细跟踪过程如图3所示。限制器首先采集某时刻的电压V和电流I，然后计算出此时电压、电流微分dV，dI。通过dV，dI与0及dIdV=-IV比较来推断下一步扰动的方向。当dIdV=-IV时，说明正工作在最大功率点;当dIdV>-IV时，说明在最大功率点的左边，此时增加一个固定电压值V=V+V;当dIdV<-IV时，表明在最大功率点

10、的右边，此时减小一个固定电压值V=V-V。 图3 电导增量法的流程图 2 仿真电路图 通过Matlab/Simulink模块建立扰动视察法和电导增量法的仿真图。扰动视察法的算法思想是：由输出功率值的改变确定下一步占空比的改变方向。假如功率增加，则搜寻方向不变;假如功率减小，则搜寻方向相反。详细电路仿真如图4所示。 电导增量法的算法思想是：由dIdV与-IV之间的关系来确定下一步占空比的改变方向。假如-dIdV=IV，则搜寻方向不变;假如-dIdV=IV，则搜寻方向相反。详细电路仿真图5所示。 图4 扰动视察法电路模型图图5 电导增量法电路模型图 3 仿真结果探讨 设置光伏电池短路电流Isc=4

11、.75 A、开路电压Voc=21.25 V、最大功率點处的电流Im=4.51 A、电压Vm=17.25 V为初始数据，仿真时间段为0.4 s。在0 s，0.1 s，0.2 s， 0.3 s时刻电池所处环境条件分别为1 200 W/m2，25 ;900 W/m2，25 ;600 W/m2，25 ;1 000 W/m2，25 。记录光伏电池的最大功率输出数据，以及扰动视察法、电导增量法最大功率跟踪数据，结果如图6所示。 图6 仿真结果 从图6可以看出，在相同的光强和温度条件下，不同方法寻优达到最大功率点跟踪的速度不同。电导增量法比扰动视察法更快搜寻到电池输出最大功率点并稳定下来;而扰动视察法总是在

12、震荡中搜寻电池输出最大功率点。此外， 还发觉在环境条件变更的状况下，电导增量法也能平稳地搜寻到最大功率点。由此可以说电导增量法性能优于扰动视察法。 4 结 论 将虚拟仿真技术应用于试验课程，有利于提高教学质量。为此，本文探讨光伏系统最大功率跟踪算法中扰动视察法及电导增量法的原理，并通过Matlab/Simulink建立了它们的仿真平台。通过仿真结果对比探讨上述方法，得出扰动视察法跟踪算法简洁，其特点是震荡中搜寻电池输出最大功率点;电导增量法的特点是平稳且快速地搜寻到最大功率点。该探讨为光伏发电技术的仿真平台的开发，供应一种途径。 参考文献 1 王本永，刘春生，孙月华.液压与气压传动课程虚拟样机

13、仿真教学探究J.黑龙江教化，2022：5657. WANG Benyong， LIU Chunsheng， SUN Yuehua. Research on virtual prototype simulation teaching of hydraulic and pneumatic transmission course J. Heilongjiang education ， 2022： 5657. 2 顾晓薇，王青，杨天鸿，等.东北高校采矿工程国家级虚拟仿真试验教学中心建设与实践J.教化教学论坛，2022：141143. GU Xiaowei， WANG Qing， YANG Tianho

14、ng， et al. Construction and practice of national virtual simulation experiment teaching center of mining engineering in Northeastern University J. Education teaching forum， 2022： 141143. 3 周世梁.基于We平台的核电厂仿真综合试验教学指导模式J.物理试验，2022，37：3435. ZHOU Shiliang. The guidance mode for comprehensive experimental

15、teaching of nuclear power plant simulation based on the We platform J. Physics experimentation， 2022， 37： 3435. 4 马勇，查国翔，王聪.电力电子教学虚拟仿真试验平台的搭建与探讨J.现代电子技术，2022，40：6365. MA Yong， ZHA Guoxiang， WANG Cong. Construction and research of virtual simulation platform for power electronics teaching J. Modern e

16、lectronics technique， 2022， 40： 6365. 5 张瑶，刘树青，吴金娇.仿真试验在实践教学中的应用J.中国现代教化装备，2022：1415. ZHANG Yao， LIU Shuqing， WU Jinjiao. Application of simulation experiment in practical teaching J. China modern educational equipment， 2022： 1415. 6 彭芳麟，梁颖，刘振兴.在计算物理基础课中用Matlab培育学生的编程实力J.高校物理，2022，32：914. PENG Fangl

17、in， LIANG Ying， LIU Zhenxing. How to develop students programming abilities for computation with Matlab in courses of computational physics？ J. College physics， 2022， 32： 9?14. 7 赵法刚，周海涛，杨保东，等.现代物理虚拟仿真试验中心建设的探究与实践J.试验室科学，2022，19：178181. ZHAO Fagang， ZHOU Haitao， YANG Baodong， et al. Exploration and

18、practice of the modern physics virtual simulation experiment center J. Laboratory science， 2022， 19： 178181. 8 尹志会.利用现代信息技术改善高校物理教学浅析J.教化与职业，2022：131132. YIN Zhihui. Using modern information technology to improve college physics teaching J. Education and vocation， 2022： 131132. 9 杨诗晨，刘灿，徐铁钢.太阳能电池特性的

19、探讨：一项有意义的创新探讨试验J.物理与工程，2022，24：6973. YANG Shichen， LIU Can， XU Tiegang. Research on characteristic of solar battery： a significant innovation research experiment J. Physics and engineering， 2022， 24： 6973. 10 LOUKRIZ A， HADDADI M， MESSALTI S. Simulation and experimental design of a new advanced vari

20、able step size incremental conductance MPPT algorithm for PV systems J. ISA transactions， 2022， 62： 3038. 11 张丽萍，朱尧富，马立新.仿真技术在光伏系统功率跟踪中的应用J.试验技术与管理，2022，31：114117. ZHANG Liping， ZHU Yaofu， MA Lixin. Application of simulation technology in the PV system power tracking J. Experimental technology and m

21、anagement， 2022， 31： 114117. 12 苏婷，王金梅，台流臣.改进电导增量法在提高光电转换效率中的探讨J.自动化仪表，2022，33：14. SU Ting， WANG Jinmei， TAI Liuchen. Research on enhancing efficiency of photoelectric conversion by improving conductance incremental algorithm J. Process automation instrumentation， 2022， 33： 14. 13 KARAMI N， MOUBAYED

22、 N， OUTBIB R. General review and classification of different MPPT techniques J. Renewable and sustainable energy reviews， 2022， 68： 118. 14 刘军.光伏阵列MPPT扰动视察法的分析与改进J.电子技术与软件工程，2022：243244. LIU Jun. Analysis and improvement of photovoltaic array MPPT perturbation observation method J. Electronic techno

23、logy software engineering， 2022： 243244. 15 LIU Yihua， CHEN Jinghsiao， HUANG Jiawei. A review of maximum power point tracking techniques for use in partially shaded conditions J. Renewable and sustainable energy reviews， 2022， 41： 436453. 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页