周婷;谭理华
【摘 要】对于光伏系统,最重要的就是调节PV端电压,使其迅速收敛至最大功率点。由于光照强度的随机变化,常用的扰动观测法会出现误判现象,造成功率损失。电导增量法的提出可以在一定程度上解决这一问题,但是如果在有云的天气下,光照强度变化比较剧烈,仍然会出现误判现象。此外这两种方法在最大功率点处都会出现振荡现象,造成一定的功率损失。这里主要对稳态振荡以及光照突变造成的误判现象做一定性分析,然后提出一种基于功率预测的扰动观测法,可以很好的解决误判问题。%It is the most important to adjust the voltage of PV array for photovohaic system, and to operate at the maximum power point (MPP). As a result of the random changeable insolation, the traditional perturb and observe (P&O) method has much power loss for the failure of justice. The method of INC could solve this problem to some extent. But when there are clouds, the illumination changes rapidly, there also is failure of justice. In addition, these two methods appear vibration in the maximum power point, which leads to some power loss. The steady vibration and failure of justice are analyz ed qualitatively, and then the power forecast-based P&O method is proposed, which can solve the problem of failure of justice.分离式导电滑环
全息打印【期刊名称】《安徽电气工程职业技术学院学报》
混合辅助肢体
【年(卷),期】2012(017)003
【总页数】6页(P9-14)
wifi室内定位【关键词】光照突变;误判;振荡;最大功率点跟踪;功率预测
【作 者】周婷;谭理华
【作者单位】马鞍山供电公司,安徽马鞍山243011;江苏宏宝电子有限公司,南京210000高频天线
【正文语种】中 文
【中图分类】TK513
1 引言无尘布激光切割机
随着常规能源日益枯竭，可再生能源的应用必将越来越广泛。其中太阳能光伏发电发展比较迅速，但是光伏发电存在着初期成本大、转换效率低下等问题，因此最大功率跟踪技术尤其受到人们重视。光伏系统的功率输出主要受光照强度、温度、以及PV端电压影响［1］。根据这一特性，可以适当调节PV端电压，使得PV系统在给定环境下实现最大功率输出。在最大功率点跟踪方法中，扰动观测法和电导增量法应用尤其广泛，许多其他方法都是这两种方法的改进［2］，或者是几种方法的结合［3］。
扰动观测法和电导增量法统称为爬山法，其原理都是基于在最大功率点处dp=dV=0;在最大功率点左侧dP/dV＞0;在最大功率点右侧dP/dV＜0。根据这一原理，不断调节PV端电压，从而达到dP/dV= 0，即使得PV系统输出功率达到最大值。这种MPPT是根据静态P-V曲线得到的最大功率点，而实际上光照强度时刻变化，即P-V曲线处于不断变化之中，根据已有的实验结果和分析，当光照强度变化时，搜索最大功率点过程中会存在误判问题，从而造成一定的能量损失。另外这两种方法在最大功率点处还会出现振荡现象，造成功率损失。
本文着重分析了扰动观测法和电导增量法在最大功率点处的振荡现象以及误判原因，比较
了这两种方法的优异程度。最后根据分析结论，提出一种基于功率预测的扰动观测法，能很好的解决误判问题。
2 振荡分析
2.1 扰动观测法在MPP处的振荡分析［6］
图1 扰动观测法在MPP点附近来回振荡的情形
根据扰动观测法的原理可知:即使电池的工作点已经在Pmax附近它也会一直振荡，而无法稳定工作在最大功率点上。在这过程中就造成了部分功率损失，其振荡情况如图1所示，Vmax是对应于Pmax的工作电压。假设参考电压调整步长ΔV＞0，系统当前工作点在Vmax左侧附近的V1点。根据登山法原理，系统将增大电压:V2=V1+ΔV。调整后系统工作点位于Vmax右侧，若经检测，计算得到的P2＜P1(大于的情况也可类似讨论)，则改变原先的调整方向，变为:V3=V2-ΔV，使得V3=V1。于是回到这种情形:P3=P1＞P2(假设日照，电池板温度不发生改变)，将导致电压继续减小到V4，使得P4＜P3，系统才改变调整方向。这样系统就在点P4—P3(P1)—P2之间循环振荡，直至外部条件发生变化。每个周期由于振荡造成的功率损失为: 2.2 INC(电导增量法)法在MPP处的振荡分析
根据INC法的原理，当满足dI/dV=-I/V时，即可判定系统运行在最大功率点。而实际数字实现时，一般用ΔI/ΔV=-I/V来代替dI/dV=-I/V。根据图2可以知道dI/dV，ΔI/ΔV，和-I/V都是单调函数，所以可以用其绝对值:|dI/dV|，|ΔI/ΔV|，|-I/V|进行具体分析。
图2 电导增量法在MPP点附近来回振荡的情形
根据图2可以看出:|dI/dV|和|ΔI/ΔV|是单调增函数;|-I/V|则是单调减函数。根据原理，当|dI/dV|=|-I/V|时，工作在最大功率点;当|dI/dV|＜|-I/V|时，工作在最大功率点左侧;当|dI/dV|＞|-I-V|时，工作在最大功率点右侧。然而上面提到，实际数字实现时采用|ΔI/ΔV|代替|dI/dV|，即当|ΔI/ΔV|=|-I-V|时，工作在最大功率点;当|ΔI/ΔV|＜ |-I/V|时，工作在最大功率点左侧;|ΔI/ΔV|＞|-I/V|时，工作在最大功率点右侧。从图2中很容易得出:当 ΔV＞0时，即往右搜索时，则|ΔI/ΔV|＜ |dI/dV|;当ΔV ＜0 时，即往左搜索时，则|ΔI/ΔV|＞ |dI/dV|。基于此结论，分析得出采用INC法时，在最大功率点处会出现三种工作状态:第一种为稳定在一点(非MPP点);第二种为两点波动;第三种为三点振荡。下面详细分析这三种状态。
如图2所示，假设系统工作在最大功率点左处V1，当其加上ΔV时，会出现两种情况:第一种恰为最大功率点Vmax;第二种最大功率点右侧V2点。根据上面分析，|-I/V|为减函数，即每个电压值对应着唯一的|-I/V|值。如果恰巧运行在最大功率点，那么这一点处的|dI/dV|=|-I/V|。再根据上一节结论:在任意一点|ΔI/ΔV|要么大于|dI/dV|，要么小于|dI/dV|，所以|ΔI/ΔV|不可能在 MPP 点处等于|-I/V|，即系统不可能运行在实际MPP点。这样只需考虑上述的第二种情况，即运行在V2点。此时|ΔI/ΔV|和|-I/V|的大小关系会出现三种可能性:
(1)当为a情形时，系统判定此时工作在最大功率点右侧，则将电压值减去ΔV，即回到V1点，此时同样会产生上述三种可能性:
当为情形d时，系统判定此时仍然工作在最大功率点右侧，则继续减去ΔV，使得系统工作在V3处，根据切线及拉格朗日定理，V3处的必定为V1至V3之间的某一点的导数值，又因为为增函数，所以V1至V3之间的任一导数值|dI/dV|都小于最大功率点处的导数值，所以V3处的|ΔI/ΔV|必定小于最大功率处的导数值，也就小于最大功率点处的|-I/V|。再根据|-I/V|为减函数，所以V3处必定有|ΔI/ΔV|＜|-I/V|，即系统判定此时运行在最大功率点左侧，这样系统便会在V1—V2—V3之间形成循环振荡，每个周期由于振荡的损失为:
当为情形e时，则系统判定V1点为最大功率点，且稳定在这一点运行，但并不是实际的最大功率点，每个周期由于振荡的损失为:
当为情形f时，则系统判定运行在最大功率点左侧，这样系统便会在V1—V2之间振荡，每个周期由于振荡的损失为:
(2)当为b情形时，则系统判定V2点为最大功率点，且稳定在这一点运行，但并不是实际的最大功率点，每个周期由于振荡的损失为:
(3)当为c情形时，此时系统仍然认为此时工作在最大功率点左侧，则会继续增加ΔV，跟d情形的证明一样，可以证明V4点处的|ΔI/ΔV|＞|-I/V|，即系统判定此时运行在最大功率点右侧。则系统电压值减去ΔV回到V2点，然后再减去ΔV回到V1点，从V2到V1点同样可能会产生d，e，f三种情形。
这里首先需说明当出现c情形时，根据上述d的证明过程，可以判定从V2到V1的必定为V1到Vmax中某一点的导数值|dI/dV|，又因为|dI/dV|为增函数，所以V1到Vmax中某一点的导数值|dI/dV|必定小于最大功率点处的导数值。同样知道|-I/V|为减函数，所以V1点处的|-I/V|
必定大于最大功率点处的导数值|dI/dV|，那么也就大于从V2到V1的|ΔI/ΔV|。所以基于c情形下的情形d和e是不可能出现的。进而可以得到此时唯一能出现的就是情形f，系统判定运行在最大功率点左侧，这样便形成V1—V2—V4的循环振荡，每个周期由于振荡的损失为:
