前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇最大功率范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

最大功率范文第1篇

關(guān)鍵詞：功率放大器；熱敏電阻；測溫電路；功率控制

中圖分類號：TN87文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005-3824（2014）03-0091-04

0引言

在移動通信過程中，移動設(shè)備距離基站時遠(yuǎn)時近。當(dāng)移動設(shè)備離基站比較遠(yuǎn)時，需要移動設(shè)備具有足夠的功率，以便移動設(shè)備傳出的信息能夠傳輸?shù)交荆划?dāng)移動設(shè)備距離基站較近時，若其功率過大，則可能干擾其他用戶。功率控制的目的就是克服“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，使系統(tǒng)既能維持高質(zhì)量通信，又不對占用同一信道的其它用戶產(chǎn)生不應(yīng)有的干擾。所以，功率放大器的控制在移動設(shè)備的正常運行中顯得十分重要。本文介紹了1種新型的功率控制裝置，并進(jìn)行了驗證。

1硬件設(shè)計

1.1原設(shè)計方案

CDMA手機在最大功率時采用了開環(huán)功率控制方式，也就是上行鏈路和下行鏈路是不閉合的，手機的最大功率由自身來控制。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中移動設(shè)備的開環(huán)時功率放大器控制電路的示意圖?；鶐幚砥髦甘臼瞻l(fā)機將特定功率的信號傳送到功率放大器，經(jīng)功率放大器放大后的信號再經(jīng)由耦合器調(diào)整到適當(dāng)?shù)墓β实燃墸⒂商炀€發(fā)送。從耦合器輸出的信號還通過檢波管/ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并反饋回基帶處理器?；鶐幚砥鞲鶕?jù)從檢波管/ADC處反饋的信號來判斷當(dāng)前天線發(fā)送的信號功率是否合適，并根據(jù)判斷的結(jié)果來指示收發(fā)機對其發(fā)送的信號功率做出相應(yīng)的調(diào)整，從而實現(xiàn)最大功率控制?，F(xiàn)有技術(shù)中的耦合器和檢波管/ADC構(gòu)成硬件功率檢測電路[1]。

本裝置根據(jù)當(dāng)輸出功率不同時，同一功率放大器釋放的熱能不同的原理，經(jīng)大量實驗得出以下結(jié)論：在環(huán)境溫度不變時，功率放大器的表面溫度與其輸出功率以及發(fā)射信號的信道有關(guān)。即在特定信道、特定的輸出功率以及特定的環(huán)境溫度下，功率放大器的表面溫度是唯一的[2]。信道、輸出功率以及環(huán)境溫度這3個因素中任何1個因素發(fā)生變化，功率放大器的表面溫度也會隨之發(fā)生變化[3]?；谶@一原理，根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)，提出1種通過溫度測量來增減功率放大器的輸出功率控制裝置。增減功率放大器的輸出功率通常稱為功率放大器的功率補償。

本裝置包括溫度檢測模塊，用于檢測所述移動設(shè)備的功率放大器的表面溫度；功率控制模塊，與溫度檢測模塊相耦合，用于根據(jù)所述溫度檢測模塊檢測到的表面溫度，使所述功率放大器的功率得到相應(yīng)的補償。如圖2所示。

按照圖2所示，基帶處理器指示收發(fā)機發(fā)送特定功率的信號，信號經(jīng)功率放大器放大，并由天線發(fā)射。在本實施例中，溫度檢測模塊為測溫電路。測溫電路與功率放大器相耦合，并將與功率放大器的表面溫度相關(guān)的數(shù)字信號ADC值反饋給基帶處理器。將與功率放大器的表面溫度相關(guān)的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，即獲得該ADC值[4]。在本例中功率控制模塊由基帶處理器實現(xiàn)。基帶處理器中還包括存儲器，存儲器中存儲有溫度補償表。該溫度補償表中列出了最大功率應(yīng)提高或降低的值，也可以列出最大功率在當(dāng)前狀態(tài)下應(yīng)該達(dá)到的值。關(guān)于溫度補償表的詳細(xì)描述參照表1和表2?；鶐幚砥鞲鶕?jù)從測溫電路反饋的信號調(diào)用溫度補償表中的相應(yīng)值，并指示收發(fā)機調(diào)整其發(fā)射功率，從而達(dá)到功率控制。

3驗證和分析

由于此裝置硬件上去掉了檢波管和耦合器器件，僅采用測溫電路，從而使移動設(shè)備射頻前端的電路板空間大大減小，硬件成本也大大降低，同時也縮減了手機生產(chǎn)時的最大功率校準(zhǔn)項，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)測試效率。

最大功率范文第2篇

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電；最大功率點跟蹤；模糊控制

0 引言

面對日益枯竭的化石能源和不斷惡化的生態(tài)環(huán)境，人類需要進(jìn)行第三次能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，從礦物能源向可再生能源轉(zhuǎn)換，用可再生能源替代礦物能源，用無碳能源、低碳能源替代高碳能源[1]。在不同的外界條件下，光伏電池可運行在不同且唯一的最大功率點（maximum power point，mpp）上。為了最大限度地將光能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出，光伏電池的最大功率點跟蹤技術(shù)已成為本課題研究的熱點。

1 光伏電池特性分析

太陽能電池的基本特性可以用電流和電壓的關(guān)系曲線來表征，電流、電壓之間的關(guān)系自然又是通過其他一系列參變量來表征，特別是和投射于太陽能電池表面的日照強度有關(guān)，當(dāng)然也和太陽能電池的溫度以及光線的光譜特性等有關(guān)。光伏電池的輸出電流與輸出電壓的關(guān)系可以由如下公式來表達(dá)：

i=iph-i0exp■-1-■（1）

式中：i——光伏電池的輸出電流（a）；v——光伏電池板的輸出電壓（v）；q——一個電子所含的電荷量（l.6×10-19c）；k——波爾茲曼常數(shù)（l.38×10-23j/k）；t——光伏電池板表面溫度（k）；n——光伏電池板的理想因數(shù)（n=1-5）；i0——二極管飽和電流。

在matlab中根據(jù)上述公式可以建立光伏電池的仿真模型，光伏電池的matlab仿真模型如圖1所示：

圖1 光伏電池的matlab仿真模型

圖2 光照和溫度對太陽能電池的影響

根據(jù)光伏電池的matlab仿真模型可以繪制出不同輻照度和不同溫度條件下的i-v、p-v曲線如圖2所示。其中圖（a）、圖（c）標(biāo)注為輻照度，單位為w/m2；圖（b）、圖（d）標(biāo)注為陣列表面溫度，單位為℃。

從圖2四組特性曲線可以看出輻照度主要影響太陽光伏電池的短路電流，而溫度則影響太陽能電池的開路電壓，在一定的光照和溫度條件下，太陽能光伏電池存在單峰值最大功率。

2 幾種傳統(tǒng)的最大功率跟蹤方法

2.1 恒定電壓法

恒定電壓法（constant voltage method，cv）在太陽能電池溫度變化不大時，太陽能電池的輸出p-v 曲線上的最大功率點幾乎分布于一條垂直直線的兩側(cè)。因此，若能將太陽能電池輸出電壓控制在其最大功率點時的電壓處，這時太陽能電池將工作在最大功率點。恒定電壓法特點是：檢測參數(shù)少、對硬件電路的要求低、實現(xiàn)比較容易，但是跟蹤控制的效率差、僅適用于小功率發(fā)電設(shè)備中。

2.2 擾動觀察法

擾動觀察法（perturb and observe method，po）是通過對系統(tǒng)的輸出電壓、電流或pwm信號上疊加一個或正或負(fù)的擾動，在跟蹤控制過程中，通過不間斷地比較系統(tǒng)的輸出功率值來判斷所受的擾動是增強型的還是削弱型的，進(jìn)而對控制pwm脈沖信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)最大功率跟蹤控制。擾動觀察法的特點是：實現(xiàn)起來比較容易，但是在最大功率點附近的波動現(xiàn)象會影響系統(tǒng)的輸出，特別是在天氣狀況惡劣的情況下，甚至于不能實現(xiàn)系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制。

2.3 電導(dǎo)增量法

電導(dǎo)增量法（incremental conductance method，ic）是根據(jù)光伏電池的輸出特性中電壓和功率的關(guān)系實現(xiàn)控制的。電導(dǎo)增量法的特點：實現(xiàn)起來比較容易，而且與擾動觀察法相比，在最大功率點附近沒有較大的波動現(xiàn)象，但此方法在實踐中對硬件的要求較高，不僅系統(tǒng)成本增加，最大功率跟蹤控制調(diào)節(jié)的周期也會增加，影響了控制的時實性，如果在環(huán)境惡劣、天氣情況多變的情況下是不太適合使用的。

3 模糊控制法

模糊邏輯控制的mppt方法是基于光伏電池溫度與負(fù)載情況的變化、輻照度的不確定性以及光伏電池輸出特性的非線性特征而提出的[2]。為實現(xiàn)mppt控制，模糊控制系統(tǒng)將采樣得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過運算，判斷出工作點與最大功率點之間的位置關(guān)系，自動校正工作點電壓值，使工作點趨于最大功率點。

3.1 模糊控制器的輸入和輸出變量

定義模糊邏輯控制器的輸出變量為工作點電壓的校正量du，輸入變量則分別為光伏電池p-v特

曲線上連續(xù)采樣的兩點連線的斜率值e以及單位時間斜率的變化值ce，即

e（k）=■（2）

ce（k）=e（k）-e（k-1）（3）

其中，p（k）和u（k）分別為光伏電池的輸出功率及輸出電壓的第k次采樣值。顯然，若e（k）=0，則表明光伏電池已經(jīng)工作在最大功率輸出狀態(tài)。

3.2 模糊化

將模糊集合論域e和ce分別定義為5個模糊子集，即

e={nb，ns，ze，ps，pb}；ce={nb，ns，ze，ps，pb}

其中，nb，ns，ze，ps，pb分別表示負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大。

根據(jù)光伏系統(tǒng)特征，采用均勻分布的三角形隸屬度函數(shù)來確定輸入變量（e和ce）和輸出變量（du）不同取值與相應(yīng)語言變量之間的隸屬度。如圖3所示，e﹑ce﹑du中任一變量的隸屬度函數(shù)圖相同。

圖3 隸屬度函數(shù)示意圖

3.3 模糊推理運算

模糊邏輯控制器的作用是調(diào)節(jié)控制信號du使光伏系統(tǒng)工作在最大功率輸出狀態(tài)。對圖4所示的光伏電池p-v特性曲線進(jìn)行分析，可以得出mppt的邏輯控制規(guī)則，即：當(dāng)e（k）>0，ce（k）<0時，p由左側(cè)向pmpp靠近；則du應(yīng)為正，以繼續(xù)靠近最大功率點；當(dāng)e（k）>0，ce（k）≥0時，p由左側(cè)遠(yuǎn)離pmpp；則du應(yīng)為正，以靠近最大功率點；當(dāng)e（k）<0，ce（k）≥0時，p由右側(cè)向pmpp靠近；則du應(yīng)為負(fù)，以繼續(xù)靠近最大功率點；當(dāng)e（k）<0，ce（k）<0時，p由右側(cè)遠(yuǎn)離pmpp；則du應(yīng)為負(fù)，以靠近最大功率點。 　圖4 mppt的邏輯控制規(guī)則示意

由mppt的邏輯控制規(guī)則，可以得到表1所示的模糊控制規(guī)則推理表，該表反映了當(dāng)輸入變量e和ce發(fā)生變化時，相應(yīng)輸出變量du的變化規(guī)則。由此即得出du對應(yīng)的語言變量。

表1 模糊規(guī)則推理表

3.4 清晰化

清晰化是指根據(jù)輸出模糊子集的隸屬度計算出確定的輸出變量的數(shù)值。本文清晰化采用面積重心法。面積重心法的計算公式如下：

du=■（4）

式中，du為模糊邏輯控制器輸出的電壓校正值。根據(jù)給出的隸屬度函數(shù)，e、ce按照其取值對應(yīng)于相應(yīng)的語言變量，依據(jù)表1可以判斷出輸出變量du對應(yīng)的語言變量，該語言變量在隸屬度函數(shù)中對應(yīng)的數(shù)值區(qū)間的中心值即為ui。μ（ui）是對應(yīng)于ui權(quán)值，由隸屬度函數(shù)決定e、ce對應(yīng)于相應(yīng)的語言變量的權(quán)值根據(jù)max-min方法計算得到。

4 仿真實驗

4.1 仿真模型

本文中的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為單相全橋，采用電流內(nèi)環(huán)、直流電壓中環(huán)以及mppt功率外環(huán)的三閉環(huán)控制[3]。電流內(nèi)環(huán)主要由電網(wǎng)電壓和電流采樣環(huán)節(jié)、電壓同步環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器、pwm調(diào)制和驅(qū)動環(huán)節(jié)等組成，以此實現(xiàn)直流到交流的逆變以及網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波電流控制；直流電壓中環(huán)主要由直流母線電壓檢測、電壓調(diào)節(jié)器等組成，以調(diào)節(jié)直流母線電壓；mppt功率外環(huán)主要由輸入功率采樣環(huán)節(jié)和功率點控制環(huán)節(jié)等組成，mppt功率外環(huán)的輸出作為直流電壓中環(huán)的直流電壓指令，通過直流電壓中環(huán)的電壓調(diào)節(jié)來搜索光伏電池的mpp，從而使并網(wǎng)光伏系統(tǒng)實現(xiàn)mppt運行。圖5為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型，根據(jù)光伏電池的數(shù)學(xué)模型，通過matlab/simulink對光伏電池進(jìn)行建模并封裝，光伏電池的光照強度和環(huán)境溫度的變化由signal builder模擬，系統(tǒng)中的部分算法和傳遞函數(shù)采用s-funtion builder編寫實現(xiàn)，pwm模塊采用dds算法來實現(xiàn)逆變器輸出電流對電網(wǎng)電壓的相位跟蹤。

4.2 仿真結(jié)果

在仿真過程中，算法采用ode23tb，仿真時間設(shè)置為4s，采樣周期設(shè)置為為5e-7s。圖6為當(dāng)太陽光照強度從1000w/m2突變到800w/m2，再由800w/m2突變到600w/m2條件下的最大功率點跟蹤曲線。從圖中可以明顯看出，模糊控制法在0.15s處基本已經(jīng)跟蹤到最大功率點，并且比較穩(wěn)定；而擾動觀測法則在0.45s處才能跟蹤到最大功率點，并且由于存在一定的擾動步長而未真正達(dá)到最大功率點，使得輸出功率穩(wěn)定在最大功率點附近的某功率值處。

圖6 光照突變條件下的最大功率點跟蹤曲線

圖7 相位跟蹤曲線

圖7為采用模糊控制的光伏系統(tǒng)逆變器輸出電流跟蹤電網(wǎng)電壓的過程。從圖中可以看出逆變器輸出電流在0.14s內(nèi)基本達(dá)到與電網(wǎng)電壓同頻同相，實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)。

綜上分析可知，采用模糊控制的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有良好的系統(tǒng)響應(yīng)特性和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性，使輸出功率穩(wěn)定在最大功率點處。

5 結(jié)語

本文對光伏電池的工作特性進(jìn)行詳盡分析

并建立仿真模型，在分析幾種傳統(tǒng)最大功率點跟蹤方法的缺點后，提出了基于模糊控制的最大功率點算法。仿真結(jié)果表明：模糊控制法可以有效提高光伏電池的能量利用率，當(dāng)外界光照強度變化時，系統(tǒng)能迅速穩(wěn)定在最大功率點處，提高系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)性能。

【參考文獻(xiàn)】

[1]禹華軍，潘俊民.光伏電池輸出特性與最大功率跟蹤的仿真分析[j].計算機仿真，2005.

[2]曹旭陽.獨立光伏路燈系統(tǒng)mppt控制器設(shè)計[d].青島：中國海洋大學(xué)，2007.

最大功率范文第3篇

關(guān)鍵詞： 最大功率追蹤；不均勻光照；光伏電池

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）0720018-03

A novel maximum power point tracking method under partially shaded insolation conditions

YAN Li-yang（Fudan University，Shanghai，200043）

XU Di（Purdue University, West Lafayette, IN, 47907，US）

Abstract: This research aims to design a maximum power point tracking algorithm which tracks the global maximum among multiple local maximums. The research was based on a significant number of data simulations of photovoltaic cell and the discovery that PV panels’ P-I curves obey the following rule. The values of local maxima monotonically decrease with respect to the distance from the global maximum. Moreover, statistical studies have been conducted on the slopes of the curves, distances between two local maxima, etc. Based on these observations and discoveries, the algorithm was thus designed. The algorithm obtains the location of the global maximum of a PI curve by partially scanning the curve, during which “Regional Scanning Mechanism” is adopted to enhance the precision and efficiency of the algorithm. In addition, this article compares another two simple and fast P&O algorithms, discovered their appropriate uses and applies them smoothly in real practices. The design of this algorithm also ensures reasonable time complexity, efficiency and guarantees that no maxima will be ignored. It is also equipped with an interesting property such that the more the maxima a PI curve possesses, the faster the algorithm is correspondingly.

0 引言

隨著化石燃料資源的減少和環(huán)境污染的加重，太陽能發(fā)電越來越具有研究價值。光伏電池板作為太陽能的接收器，其上接收到的光照決定了能采集到的能量。根據(jù)光伏電池的伏安特性，其輸出端的P-I曲線上存在一個峰值，如圖1中的藍(lán)線。這個工作點稱為最大功率點（MPP）。輸出曲線的形狀受溫度和照度影響，最大功率點會產(chǎn)生漂移，最大功率追蹤（MPPT）的目的是使工作點始終保持在最大功率點上，無論環(huán)境怎樣變化都能獲得最大輸出。

圖1 光伏板P-I特性（光照均勻-藍(lán)線，光照不均勻-紅線）

Fig.1 P-I curve of PV panel

本文實現(xiàn)最大功率追蹤的電路器件是DC/DC變換器。DSP對光伏電池輸出端的電參數(shù)進(jìn)行實時采樣，并通過算法計算出合適的開關(guān)占空比D，從而調(diào)節(jié)光伏電池輸出端的電壓和電流，實現(xiàn)最大功率追蹤。

P&O法是最簡單的最大功率追蹤算法。首先對光伏板的電壓施加一個擾動V，若由此產(chǎn)生的功率變化P為正，說明擾動的方向正確，并繼續(xù)施加相同的擾動。若P為負(fù)，則改變擾動方向。

在光伏板受到不均勻光照時，P-I曲線出現(xiàn)了多峰值，如圖1的紅線。這時P&O法可能失效，曲線上只有全局峰值（最高的峰值）才是最大功率點，P&O法可能使工作點處在局部峰值上，造成功率損失。

最大功率范文第4篇

關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)；最大功率跟蹤控制；仿真

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2011)21-5241-02

Research on Maximum Power Point Tracking Control for Small-scale Wind/PV Hybrid Generation Systems

CUI Xiao-ming1, QIAO Yan-jun2

(1.School of Information EngineeringInner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China ; 2.Beijing Jingneng New Energy Co.Ltd, Hohhot 010070, China)

Abstract: Both the stand-alone wind power generation system and photovoltaic generation system have their own limitations, so that the stand-alone wind/PV hybrid generation system which combines wind with PV power generation, the simulation models of components of wind and PV subsystem as well as the whole system have been established, and the simulation study has been carried out to test the maximum power tracking control. The result shows that although solar irradiation and load are changeable, the maximum power tracking control can realize MPPT of wind and PV subsystems. The simulation results verify the correctness and feasibility of the maximum power tracking control strategy.

Key words: wind/PV hybrid generating system; maximum power tracking control; simulation

風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電具有不枯竭、方便、清潔、無噪音等優(yōu)點，尤其在廣大邊遠(yuǎn)地區(qū)，充分利用其優(yōu)勢，對建立獨立可靠的能源供應(yīng)系統(tǒng)有著重大的意義。太陽能和風(fēng)能在轉(zhuǎn)換過程中受到季節(jié)、地理、氣候條件等多種因素的制約，而且兩者在時間變化分布上有很強的互補性，只有揚其兩能各自之長，補其兩能各自之短，相互配合利用，因地制宜，才能發(fā)揮出最大的作用。太陽能和風(fēng)能在時間上的互補性使得風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源分布上具有很好的匹配性[1-2]。

1 獨立運行風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

獨立運行風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機、光伏陣列、DC/DC變換器（Buck）、蓄電池、控制器和逆變器、負(fù)載等組成，如圖1所示。

2 獨立運行風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制

最大功率跟蹤（MPPT）控制實際上就是一個尋優(yōu)的過程，就是在不同的外界條件下，調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，使系統(tǒng)實際輸出的功率曲線與最佳功率曲線吻合[3-4]。

2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制是通過控制風(fēng)力機轉(zhuǎn)速在不同風(fēng)速下向最佳轉(zhuǎn)速變化來實現(xiàn)的。本文采用最大功率給定法，通過調(diào)節(jié)Buck變換器的占空比來實現(xiàn)風(fēng)力機最大功率跟蹤控制。

對于定漿距風(fēng)力機在最佳葉尖速比λopt時對應(yīng)最大風(fēng)能利用系數(shù)Cpmax，輸出最大功率

Pmax=kω3其中 k=0.5ρπR5Cpmax/λ3opt （1）

假定系統(tǒng)始終運行在最佳葉尖速比λopt，風(fēng)力機的機械功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)速推測風(fēng)力機最大輸出功率，將此推測功率作為發(fā)電機功率的給定，以比較所得的誤差信號來調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出，通過PWM（脈寬調(diào)制）方式調(diào)節(jié)DC/DC變換器的占空比進(jìn)行阻抗變換，實現(xiàn)最大功率跟蹤控制。發(fā)電機轉(zhuǎn)速可以根據(jù)輸出交流電壓頻率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系獲得，整個系統(tǒng)不使用機械傳感器，有利于提高系統(tǒng)可靠性。

通過測量風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速推測風(fēng)力機的最佳葉尖速比，進(jìn)而可以得到風(fēng)力機的最大輸出功率，將該最大輸出功率作為發(fā)電機功率的給定，與系統(tǒng)輸出的實際功率通過PID調(diào)節(jié)后產(chǎn)生PWM信號來調(diào)節(jié)DC/DC變換器的占空比進(jìn)行阻抗變換，實現(xiàn)最大功率跟蹤控制，其控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制

本文采用擾動觀測法，通過調(diào)節(jié)Buck變換器的占空比來實現(xiàn)光伏陣列最大功率跟蹤控制。光伏電池的輸出功率與日照強度和環(huán)境溫度有很大的關(guān)系，為了使光伏電池在任意的日照和溫度下，都能有最大功率的輸出，即光伏電池始終工作在最大功率點處，首先要確定最大功率點在光伏電池伏安特性曲線上的位置[5]。

圖3 最大功率點跟蹤原理 圖4 MPPT控制結(jié)構(gòu)圖

如圖3所示，選定一定光強的I-V輸出特性曲線即圖中所示實曲線，虛曲線為系統(tǒng)等功率曲線。直線1為負(fù)載阻抗Z的負(fù)載特性，它與特性曲線的交點為a，即為系統(tǒng)的工作點，輸出功率P0=I0V0。顯然，對應(yīng)不同的負(fù)載阻抗Z，負(fù)載特性斜率不同，工作點有所不同，光伏電池在工作點上的輸出功率P0也不同。如圖所示，系統(tǒng)最大功率點為等功率曲線與系統(tǒng)輸出特性曲線的交點，即b點，輸出功率為Pm=ImVm。如果不改變負(fù)載特性，則系統(tǒng)工作在a點，但a點的輸出功率P0小于最大功率點b點處的功率Pm。DC/DC變換器具有變換阻抗的作用，通過調(diào)節(jié)占空比D，可以改變直流電壓變換器的輸入阻抗，即改變系統(tǒng)負(fù)載阻抗Z，使負(fù)載特性與輸出特性的交點從a點移到b點，使系統(tǒng)工作在最大功率點b處，即光伏電池工作在最大功率點上或附近的狀態(tài)，從而實現(xiàn)最大功率跟蹤控制。

如圖4所示，在MPPT控制過程中，首先施加給定電流Iref的擾動量，然后檢測IPV，VPV的值，根據(jù)功率變化情況確定擾動方向，產(chǎn)生下一步的Iref，與DC/DC變換器輸出電流比較后，經(jīng)PI調(diào)節(jié)，通過PWM方式調(diào)節(jié)DC/DC占空比，如此循環(huán)往復(fù)，進(jìn)而實現(xiàn)最大功率跟蹤控制。在擾動過程中，如果擾動步長大，則跟蹤速度快，但可能在最大點穩(wěn)態(tài)附近有振蕩情況，而這些振蕩將減少光伏陣列能量轉(zhuǎn)換效率。如果步長太小，可以有效減小在最大功率點附近的振蕩，進(jìn)而增大光伏陣列的能量轉(zhuǎn)換效率，但系統(tǒng)響應(yīng)速度將變慢，如果環(huán)境條件發(fā)生較快變化時，有可能偏離最大功率點，實時跟蹤效果較差。因此，合理設(shè)置擾動步長對于跟蹤最大功率點的快速性、準(zhǔn)確性有決定性作用。

3 系統(tǒng)最大功率跟蹤控制仿真研究

3.1 系統(tǒng)仿真模型的建立

風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池、負(fù)載、控制器組成，其中，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電兩個子系統(tǒng)提供電能，控制器通過調(diào)節(jié)兩個子系統(tǒng)的Buck電路的占空比，來實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電兩個子系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)的集成控制。系統(tǒng)仿真模型如圖5所示。

3.2 系統(tǒng)最大功率跟蹤控制仿真結(jié)果

風(fēng)/光互補發(fā)電系統(tǒng)仿真的目的是借助仿真環(huán)境對系統(tǒng)的運行與控制原理、系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析，進(jìn)而提高該類系統(tǒng)的供電質(zhì)量及競爭性。對系統(tǒng)的各個主要部件進(jìn)行建模，然后將它們連接起來構(gòu)成系統(tǒng)的總體模型進(jìn)行仿真研究。如圖5所示的仿真電路，其中風(fēng)電系統(tǒng)額定功率為1kW；光伏系統(tǒng)功率為280W；蓄電池組容量為24V，200Ah，由2只12V/200Ah的蓄電池進(jìn)行串聯(lián)構(gòu)成蓄電池組。用Buck變換器進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。

圖6是系統(tǒng)最大功率跟蹤控制狀態(tài)的仿真結(jié)果。從中可以看出，光伏陣列輸出功率與日照強度變化趨勢一致，風(fēng)電系統(tǒng)輸出功率也跟隨風(fēng)速的變化，表明光伏子系統(tǒng)和風(fēng)電子系統(tǒng)同時處于最大功率跟蹤控制狀態(tài)。

4 結(jié)論

風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。本文的小型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機、光伏陣列、蓄電池組、Buck變換器、控制器和負(fù)載組成。為了實現(xiàn)小型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化及可靠運行，在分析系統(tǒng)組成及工作原理的基礎(chǔ)上，研究系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制策略，通過仿真研究驗證系統(tǒng)最大功率控制策略的正確性和可行性，為今后完善風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)研究提供了參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳昌倫.中國可再生能源發(fā)展展望[J].中國能源,1997,3:42-44.

[2] 齊發(fā).獨立運行的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].電源技術(shù),2005,7:121-123.

[3] Nicola Femia, Giovanni Petrone, Giovanni Spagnuolo. Optimization of Perturb and Observe Maximum Power Point Tracking Method [J].IEEE.Transaction on Power Electronics,2005, 20(4):963-973.

[4] Youngseok Jung，Junghun So，Gwonjong Yu etc. Improved Perturbation and Observation Method (IP&O) of MPPT Control for Photovoltaic Power Systems[J]. IEEE. Transaction on Power Electronics,2005:1788-1791.

最大功率范文第5篇

關(guān)鍵詞：風(fēng)力機；LabVIEW；變步長擾動觀測法

中圖分類號：TK89文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.3969/j.issn.10036199.2017.01.006

1引言

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，能源需求也在不斷提高，我國已是能源消費大國之一[1]。面對日趨緊張的局勢，可持續(xù)發(fā)展的理念已得到大家的共識，越來越多的國家將注意力放在了新能源的研究與開發(fā)上。

我國地域遼闊，海岸線3.2萬公里，風(fēng)能資源十分豐富，而且風(fēng)力發(fā)電日益受到世界各國的青睞，成本也越來越低。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會預(yù)測，風(fēng)力發(fā)電成本將會繼續(xù)降低，到2020年，有望達(dá)到3美元/度[2]。綜上所述，為了最大限度的利用風(fēng)能，需對其最大功率點進(jìn)行追蹤，使其可以保持在最大功率點輸出。

常見的風(fēng)力發(fā)電機最大功率點跟蹤控制算法主要有最佳葉尖速比法[3][4]、功率信號反饋法[5][6]和擾動觀察法[7][8]等。最佳葉尖速比法控制原理簡單，需要預(yù)先知道風(fēng)機的最佳葉尖速比λ，同時還需要安裝測速儀對風(fēng)速和風(fēng)機轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，這增加了系統(tǒng)成本，也降低了系統(tǒng)的可靠性；功率信號反饋法控制原理簡單，風(fēng)力機輸出功率的波動也相對較小，由于需要測量風(fēng)機轉(zhuǎn)速和預(yù)先準(zhǔn)確地測得風(fēng)力機的最大功率曲線，這就影響了控制精度，增加了成本；傳統(tǒng)擾動法不需要測量風(fēng)速及風(fēng)機轉(zhuǎn)速，也不需要預(yù)先測得風(fēng)力機的最大功率曲線，但步長的選擇是一大難點，當(dāng)步長較大時最大功率跟蹤速度快，但在最大功率點附近會出現(xiàn)較大的功率振蕩；步長較小時，最大功率點附近的功率振蕩會顯著減弱，但系統(tǒng)對外界環(huán)境變化的響應(yīng)能力會變差。為了彌補以上問題，使用改進(jìn)的擾動法對風(fēng)力機的最大功率點進(jìn)行追蹤。

LabVIEW具有良好的人機交互界面、計算機圖形化顯示可以讓研究人員更清楚的看出風(fēng)力機的最大功率點進(jìn)行追蹤的實時情況，而其本身是圖形化編程語言，且提供各種接口總線和常用儀器的驅(qū)動程序，用戶可將其與測量硬件連接，方便地完成信號數(shù)據(jù)采集、信號分析、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)處理等許多通常的任鍘1疚幕于LabVIEW仿真平臺對風(fēng)力機最大功率點進(jìn)行追蹤。

2風(fēng)力機最大輸出功率追蹤設(shè)計的原理

3穩(wěn)定輸出最大功率的控制策略

4LabVIEW仿真設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想，即將風(fēng)力機的各部分控制模塊設(shè)計成子VI。該風(fēng)力機系統(tǒng)主要包括求取利用系數(shù)Cp模塊、風(fēng)速變化判斷模塊、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊、求取輸出功率模塊等。根據(jù)控制流程圖圖5，在LabVIEW軟件中，將各個模塊編程后進(jìn)行整合，實現(xiàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計，并選用條件循環(huán)結(jié)構(gòu)作為總體結(jié)構(gòu)，程序框圖如圖6所示：

4.1風(fēng)速變化判斷模塊

根據(jù)公式（5）可知，葉尖速比與風(fēng)速成反比，因此風(fēng)能利用系數(shù)Cp是變化的。所以，對于風(fēng)速的變化，也需進(jìn)行考慮。

風(fēng)速變化情況的判斷：對風(fēng)速進(jìn)行實時采集，并作為一個輸入變量，并與上次的風(fēng)速變量進(jìn)行運算比較，由差值來判斷風(fēng)速變化情況，進(jìn)而對風(fēng)速變量進(jìn)行調(diào)整，并決定是否把觸發(fā)信號傳送給風(fēng)輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模型子VI，為了防止風(fēng)速突變而引起的輸出功率突變，在程序塊中額外添加調(diào)速變量，使系統(tǒng)更趨于穩(wěn)定。系統(tǒng)中風(fēng)速變化為每秒增加0.05 m/s，而且還有10 ms的等待時間，因此系統(tǒng)可得到很好的緩沖。其程序框圖如圖7所示： 4.2風(fēng)輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊

觀察曲線圖三與圖四后，決定采用擾動觀測法，但是傳統(tǒng)擾動法步長是固定的，當(dāng)步長較大時最大功率跟蹤速度快，但在最大功率點附近會出現(xiàn)較大的功率振蕩，從而無法做到對最大功率點的跟蹤；步長較小時，最大功率點附近的功率振蕩會顯著減弱，但系統(tǒng)對外界環(huán)境變化的響應(yīng)能力會變

4.3風(fēng)力機系統(tǒng)前面板

風(fēng)力機系統(tǒng)模型主要實現(xiàn)參數(shù)修改及波形監(jiān)控的功能，建立一個的虛擬風(fēng)力機模型，風(fēng)力機系統(tǒng)主界面主要通過按鈕開關(guān)啟動，開關(guān)啟動后，風(fēng)機半徑及風(fēng)速的數(shù)據(jù)傳送給風(fēng)力機控制模塊，最后計算出功率，并給出了數(shù)值顯示模塊及波形圖。

5結(jié)果與分析

圖9中，AB段為在風(fēng)機半徑為0.8 m，風(fēng)速為7 m/s的情況下，風(fēng)機開始啟動到最大功率點的過程，其中曲線1為加入了改進(jìn)擾動法的風(fēng)力機輸出功率曲線；曲線2為無控制算法的風(fēng)力機系統(tǒng)仿真曲線；曲線3為加入了傳統(tǒng)擾動法的風(fēng)力機輸出功率曲線；BC段為風(fēng)速上升到8 m/s時的仿真曲線，從圖中可看出，無控制算法的風(fēng)力機在風(fēng)速變化的情況下會突變，這對于硬件壽命及電路安全都是有很大影響的，而加入了控制算法的風(fēng)力機曲線緩慢上升，系統(tǒng)得到了緩沖，減小了功率突變；CD段為風(fēng)速下降回7 m/s時的仿真曲線，無控制算法的風(fēng)力機由于風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過大，已經(jīng)有下降的趨勢，當(dāng)風(fēng)速降低時，發(fā)生了突降，然后風(fēng)輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，輸出功率下降；加入了控制算法的風(fēng)力機根據(jù)風(fēng)速變化緩慢變化，且能夠保持著最大功率輸出，但是從BD這一過程可以看出，使用傳統(tǒng)擾動法的曲線3存在著明顯的振蕩，而運用改進(jìn)擾動法的曲線1穩(wěn)定地輸出功率，而且輸出功率的波動有減輕，在輸出功率顯示框中可看出當(dāng)?shù)竭_(dá)最大輸出功率時，數(shù)值相對穩(wěn)定。仿真結(jié)果顯示改進(jìn)擾動法對風(fēng)力機最大功率點追蹤是穩(wěn)定有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]馬川.我國能源利用的現(xiàn)狀及對策[J].國土資源導(dǎo)刊，2007，（1）：40-41.

[2]鄭曉菁，風(fēng)力發(fā)電節(jié)能技術(shù)的狀況分析[J].中國西部科技，2010，（2）：42-43.

[3]程啟明，程尹曼，汪明媚，等.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最大功率點跟蹤方法的綜述[J].華東電力，2010，（9）：1393-1399.

[4]李咸善，徐浩，杜于龍.采用葉尖速比法和爬山搜索法相結(jié)合的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，（13）：66-71.

[5]肖玉華.離網(wǎng)型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].武漢理工大學(xué)，2010，（5）.

[6]周興偉，周波，郭鴻浩，等.電勵磁雙凸極風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)MPPT控制策略的對比[J].電源學(xué)報，2014，（11）：48-52.

[7]夏安俊.風(fēng)力發(fā)電機組最大功率點跟蹤控制系統(tǒng)的研究[D].無錫：江南大學(xué)，2008.

[8]倪雨，郝帥翔.擾動觀測法控制MPPT系統(tǒng)運動特性分析[J].電子學(xué)報，2015，（7）：1388-1394.