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光伏发电系统最大功率追踪算法及其仿真

光伏发电系统最大功率追踪算法及其仿真
光伏发电系统最大功率追踪算法及其仿真

安 伟(1982—),

男,硕士研究生,研究方向为电力电子技术在电力系统中的应用。

光伏发电系统最大功率追踪

算法及其仿真

安 伟, 赵剑峰

(东南大学,江苏南京 210010)

摘 要:针对普通的最大功率算法在最大功率点振荡、追踪速度不高等缺点,提出了一种新的最大功率点跟踪控制方法———直线近似法结合变步长扰动观察法的最大功率追踪方法。仿真结果表明,该方法可有效消除传统方法在最大功率点处的功率振荡。

关键词:光伏发电系统;最大功率点追踪;直线近似法;变步长扰动观察法中图分类号:TK514 文献标识码:A 文章编号:100125531(2009)0420053204

M ax i m u m Power Po i n t Tracker A lgor ith m and S i m uli n k

of Photovolt a i c Power Syste m

AN W ei, ZHAO J ianfeng

(Southeast University,Nanjing 210010,China )

Abstract:A i m ing at the nor mal maxi m u m power point tracker (MPPT )algorith m ’s s ome deficiencies in l ow

tracing rate and concussi on near the maxi m u m power point,a new MPPT methods —beeline app r oxi m ati on method combined with perturbati on and observati on method with changing perturbati on step was p resented .Si m ulink result indicated that the M PPT method could eli m inate the power oscillati on at maxi m u m power point .

Key words:photovolt a i c power syste m;max i m u m power po i n t tracker(M PPT);beeli n e approx i m a 2ti on m ethod;perturba ti on and observa ti on m ethod w ith chang i n g perturba ti on step

赵剑峰(1972—),男,教授,博士生导师,研究方向为电力电子技术及其在电力系统中的应用,电能质量监测、分析及

其治理方案,电力节能技术及设备的研制。

0 引 言

最大功率跟踪器(Maxi m um Power Point Tracker,MPPT )是太阳能电池发电系统中的重要部件。在确定的外部条件下,随着负载的变化,太阳能电池阵列输出功率也会变化,但是存在一个最大功率点P m 以及与最大功率点相对应的电压

U M P 和电流I M D 。

当工作环境变化时,特别是日光照度和环境温度变化时,太阳能电池阵列的输出特性曲线也随之变化,与之相对应的最大功率点也随之改变。通常而言,太阳能电池输出特性曲线的变化与日光照度的变化是成比例的。但在实际应用中,日光照度的变化再加上工作温度的变化,使得太阳能电池输出特性的变化很复杂。

太阳能电池的最大功率点追踪法大致上可归

类为恒电压跟踪(CVT )、功率反馈法、扰动观察

法、增量电导法、直线近似法、开路电压法、短路电流法、模糊控制及神经网络控制等。模糊控制及神经网络控制存在控制算法复杂等问题,而其他算法存在准确度不高等问题,或者在最大功率点有功率振荡。本文针对光伏器件的特点提出一种新的最大功率点跟踪控制方法———直线近似法结合变步长扰动观察法的最大功率追踪方法。系统能快速跟踪外部环境的变化,可有效消除光伏器件输出功率在最大功率点的振荡现象,从而提高系统效率。

1 太阳能电池特性

在太阳能板的电气特性方面,由于太阳能板由很多的太阳能电池板组成,而每一个太阳能电池都是一个P 2N 截面的半导体,并且直接将光能

35—

转换成电能输出,因此可以假设太阳能板经由光

照射之后,自己产生一独立电流源供给负载。图1所示为太阳能板的等效电路,其中电流源I ph 表示太阳能电板经由光照射所产生的电流,VD 表示P 2N 截面的二极管,R sh 和R s 分别表示材料内部的等效并联及串联电阻。一般在分析时R sh 的值很大,而R s 的值很小,因此,为简化分析过程,可将R sh 和R s 忽略不计。R 0表示外接电阻,I 和U 则表示太阳能板的输出电流及电压

图1 太阳能板等效电路

根据图1所示的等效电路,并依照半导体P 2

N 截面的特性,可以用式(1)~(3)来表示太阳能板输出电压与电流的关系:

I a =I ph -I r exp q U c +qI a R s

nKT aK

-1

(1)I ph =

1+

a

1000

(T aK -T rK )GI sc |T rK

(2)I r =I r |T rK

T aK T 3/n

exp

qE g

nK 1

T rK

-

Q T aK

(3)

式中 I a ———太阳能电池输出电流

I ph ———太阳能电池产生的电流

q ———电子电量,为1.6×10-19

C

U c ———太阳能电池输出电压

R s ———材料内部的等效串联及并联电阻n ———太阳能电池理想因数K ———波兹曼常数,为1.38×10

-23J /K

a ———太阳能电池短路电流的温度系数

(mA /k )

T aK ———太阳能电池表面温度(K,绝对温

度)

T rK ———太阳能电池参考温度(K,绝对温

度)

G ———

太阳的日照强度(k W /m 2

)I sc |T rK ———太阳能电池在参考温度下和

1k W

/m 2

日照下的短路电流

E g ———材料跨越能阶所需能量

图2所示为模拟太阳能板在环境温度25°C 下,当日照强度改变时,其输出电流、输出电压及输出功率之间的关系图。由图中可以看出,当日照强度改变时,

对太阳能板的开关电压并不会有太大的影响,但其所能提供的最大电流值有着相当大的变化,因此日照强度是影响太阳能板输出功率大小的重要因素。

(a )T aC =25℃,光照为0.2、0.4、0.6、0.8、

1时的I 2U 关系曲线

(b )T aC =25℃,光照为0.2、0.4、0.6、0.8、

1时的P 2U 图

(c )T aC =25℃,光照为0.2、0.4、0.6、0.8、

1时的P 2I 图

图2 日照强度改变时模拟太阳能板输出电流、输出电压及输出功率之间的关系图

2 MPPT 最大功率点追踪软件设计

由于光电转换过程的物理方程难以在实际应用中准确获取参数,同时太阳能电池阵列的工作条件是不断变化的,因此,太阳能电池阵列的输出特性方程在太阳能发电的应用中成为一个存在极大值的约束不确定方程。

MPPT 的跟踪策略为:

(1)启动测量开路电压,调节电压为80%U oc ,作为变步长电压扰动法的起点。

45—

(2)运行变步长电压扰动法,当扰动小于特定值时,停止扰动,记录此时的k=P/I和电压值,作为下一步直线近似法的起点。

(3)如果光照发生变化,则运行直线近似法。当扰动小于特定值时,停止扰动,记录此时的电压值,作为下一步变步长电压扰动法的起点。

(4)重复步骤(1)、(2)、(3)。

首先,在启动或重启的时候采用开路电压法进行全局寻优,找到当前最大功率点的近似范围,根据开路电压法得出功率最大点电压约为开路电压的80%,在系统开始启动时,D=0,测量出此时的开路电压,调节D,使太阳能板输出电压U= 80%U oc;然后,在以后的工作过程中采用变步长电压扰动法跟踪最大功率点,当步长小于特定值时,停止扰动。基本思想是每一次搜索都改变步长,若第k次搜索中沿某一方向搜索成功,则阵列输出功率增大,则第k+1次仍沿这一方向搜索,并扩大步长;若第k次搜索失败,则第k+1次应沿反方向搜索,并缩小步长,缩小的步长大于扩大的步长。

变步长电压扰动法跟踪最大功率点由于当步长小于特定值时,认为当前点即为最大功率点,保持稳定,因此相对于电压扰动法,变步长电压扰动法减少了最大功率点由于继续扰动造成的功率损耗。当变步长电压扰动法追踪最大功率点达到稳定时,重新建立直线P=kI,根据直线近似法原理,在一定的温度下,当光照变化时,最大功率点沿着一条近似直线变化,因此k为近似定值。调整D值,使I发生变化,根据I值算出P值,再与

太阳能板实际的输出功率P

0相比较,当P

时,继续增大I,当首次出现P≥P

时,停止调整,

此时的D值作为下一个电压扰动法追踪的起点。3 仿真结果

为验证MPPT的工作过程,采用MAT LAB软

件仿真。首先对T

aC

=25℃,G=1k W/m2时,变步长电压扰动法最大功率点追踪过程的U2P图像进行仿真。

仿真条件为温度T

aC

=25℃,光照强度G= 1k W/m2。仿真对象为变步长电压扰动法U2P图像。

仿真结果如图3所示

。图3 T

aC

=25℃,G=1k W/m2时,变步长电压扰动法最大功率点追踪过程的U2P图像

由图3可知,在温度稳定、光照一定的情况下,变步长电压扰动法能有效地追踪到最大功率点,且不会在最大功率点发生振荡问题。其次,对T aC=25℃,光照强度G=0.2k W/m2突变到0.4k W/m2直线近似法I2P图像进行仿真。仿真

条件为温度T

aC

=25℃,光照强度G=0.2k W/m2突变到0.4k W/m2。仿真对象为直线近似法I2P 图像。仿真结果如图4所示

图4 T

aC

=25℃,光照强度G=0.2k W/m2突变到

0.4k W/m2直线近似法I2P图像

由图4可知,在温度稳定、光照发生改变的情况下,直线近似法能有效追踪到近似最大功率点,且不会在最大功率点发生振荡问题。在光照稳定下来后,系统稳定在近似最大功率点上。

最后,采用MAT LAB软件仿真分析T

aC

=25℃,G=1k W/m2时,变步长电压扰动法最大功率

点追踪过程。仿真条件为温度T

aC

=25℃,光照强度从G=0.2k W/m2变化到0.4k W/m2。仿真对象为变步长电压扰动法和直线近似法I2P图像和U2P图像。仿真结果如图5所示。

5

5

(a )I 2P

图像

(b )U 2P 图像

图5 T aC =25℃,G =1k W /m 2时,变步长电压扰动法最大功率点追踪过程

由图5可知,在温度稳定、光照发生改变的情

况下,变步长电压扰动法结合直线近似法能有效地追踪到最大功率点,且不会在最大功率点发生振荡问题。4 结 语

对变步长电压扰动法、直线近似法和本文提

出的改进算法的比较如下:

(1)变步长电压扰动法。与普通的电压扰动法相比,变步长电压扰动法的步长是可以变化的,若功率变化方向正确,则增加该方向的步长;若功率变化方向错误,则反向扰动,并减小该方向的步长。因此,搜索的时间较普通电压扰动法短。通过调整步长可快速达到最大功率点。变步长电压扰动法扰动到步长小于特定值后,停止扰动,而普通的电压扰动法因为扰动在时刻进行,因此变步长电压扰动法能减小功率的损耗。变步长电压扰动法也更接近理论的最大功率点。

然而,同普通的电压扰动法一样,变步长电压扰动法不能适应光照剧烈变化时,系统追踪最大功率点,并且可能发生误判。

改进方法的思路是与直线近似法相结合,能克服光照快速变化时系统的最大功率追踪方向判断失误的问题,且反应迅速。

(2)直线近似法。在功率发生变化时,直线近似法可以较快地跟踪光照的变化,避免一般追踪方法因为光照剧烈变化所引起的方向判断失误问题。然而,由于直线近似法只是用一条直线近似的表示最大功率点的规律,因此在一定的温度下光照不同会有误差。

改进方法的思路是通过与变步长电压扰动法相结合,当变步长电压扰动法扰动到最大功率点时,计算出最新的K =P /I 值,并作为下一个直线近似法的近似直线,可提高算法的精确度。

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收稿日期:2008210202

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光伏并网控制系统的最大功率点跟踪

光伏并网控制系统的最大功率点跟踪(MPPT)方法 2011年12月29日作者:周建华李冰郭玲田苗苗陈增禄来源:《中国电源博览》总第128期编辑:孙伟 摘要:最大功率点跟踪(MPPT)是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。本文首先介绍了光伏组件的输出特性,然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法,并总结3种方法各自的特点和不足。 1 引言 日本福岛核电站事故之后,多国陆续宣布暂停核电建设,而太阳能是永不枯竭的清洁能源,并且更加稳定、安全。据国家权威数据,在“十二五”期间,中国光伏发电装机容量达到2000万千瓦。但由于光伏组件本身特性的非线性,受环境温度、日照强度、负载等因素的影响,均会使其输出最大功率点发生变化,导致光伏组件转换效率很低。而所有光伏发电系统均希望光伏组件在相同日照、温度条件下输出尽可大的功率,这就提出了对光伏组件最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的问题。本文首先讨论了光伏组件本身的P-V,I-V特性,以及温度、光照的影响;然后具体分析了几种常用的MPPT控制方法,并对3种MPPT控制方法作简单的比较。 2 光伏组件的特性 A. 物理数学模型 根据半导体物理学理论,太阳能组件的等效物理模型如图1所示。 其中: IPH 与日照强度成正比的光生电流; I0 光伏组件反向饱和电流,通常其数量级为10-4A;

n 二极管因子; q 电子电荷,; K 玻尔兹曼常数, J/K; T绝对温度(K); RS光伏组件等效串联电阻; RP光伏组件等效并联电阻; 式(1)中参数IPH、Io、Rs、RP、n与太阳辐射强度和组件温度有关,而且确定这些参数也十分困难。 B. 温度、光照对输出特性的影响 受外界因素(温度、光照强度等)影响,光伏组件输出具有明显的非线性,图2、图3分别给出其I-V特性曲线和P-V特性曲线。 由以上两图可知,光伏组件的输出短路电流(Isc)、最大功率点电流(Im)随光照强度的增强而增大。光照强度的变化对组件开路电压影响不大,最大功率点电压(Um)变化也不大,如图3-A所示。温度对光伏组件的输出电流影响不大,短路电流(Isc)随温度升高而略微增加。但开路电压(Uoc)受温度影响较大,开路电压随温度升高近似线性地下降,因此温度对光伏组件最大输出功率有明显影响,从图2-B曲线的峰值变化可以看出。

光伏电池及其最大功率点跟踪讲解学习

光伏电池及其最大功率点跟踪 1光伏电池 1.1 光伏电池简介 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能即时转化为电能的器件。当太阳光照在半导体p-n结上,由于吸收了光子的能量,会形成电子--空穴对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,这使得相应区域的主载流子的浓度在靠近p-n结部分增加,而这种局部浓度的增加必然使得主载流子朝着外部接触面的方向扩散,导致外部端子上产生电压,接通电路后就形成电流。单体的单晶硅光伏电池的输出电压在标准照度下只有0.5V左右,常见的单体电池输出功率一般在1W左右,一般不能直接作为电源使用。单体电池除了容量小以外,其机械强度也较差。因此在实际应用中,将若干光伏电池单体串并联并封装起来成为有比较大的输出功率(几瓦到几百瓦不等)的太阳能电池组件。光伏电池组件再经过串并联就形成了光伏电池阵列,可以作为大型光伏并网逆变器的功率输入。 图2.1 太阳能电池单体、组件、方阵示意图

1.2 光伏电池数学模型 光伏电池的数学模型[12]可以由图2.2所示的单二极管等效电路[13]来描述。 图中L R 为光伏电池的外接负载,负载电压为L U ,负载电流为L I 。s R 和sh R 为光伏电池内阻。s R 为串联电阻,通常阻值较小,取决于体电阻、接触电阻、扩散电阻以及电极电阻等;sh R 为旁路电阻,一般阻值较大,取决于电池表面污染和半导体晶体缺陷引起的边缘漏电以及耗尽层内的复合电流等。VD I 为通过p-n 结的总扩散电流。sc I 代表光子在光伏电池中激发的电流,取决于辐照度、电池面积和本体温度T 。 L I L 图2.2 光伏电池的单二极管等效电路 )1(0-=AKT qE D VD e I I (2.1) 式中0D I 为光伏电池在无光照时的饱和电流。 旁路电阻两端电压s L L sh R I U U +=,流过旁路电阻的电流为 ()sh s L L sh R R I U I /+=。 由以上各式可得负载电流为: sh s L L AKT R I U q D sc L R R I U e I I I s L L +-??? ? ??--=+1)(0 (2.2) 一般s R 很小,sh R 很大,可以忽略不计。可得理想光伏电池特性:

光伏发电的MATLAB仿真教程文件

一、实验过程记录 1.画出实验接线图 图1 实验接线图 图2 光伏电池板图3 实验接线实物图 2.实验过程记录与分析 (1)给出实验的详细步骤 ○1实验前根据指导书要求完成预习报告 ○2按预习报告设计的实习步骤,利用MATLAB建立光伏数学模型,如下图4所示。

图4 光伏电池模型其中PV Array模块里子模块如下图5所示。 图5 PV Array模型其中Iph,Uoc,Io,Vt子模块如下图6-9所示。 图6Iph子模块

图7Uoc子模块 图8 Io子模块 图9Vt子模块 ○3在光伏电池建模的基础上,输入实际光伏电池参数值,研究不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线,并得出结论。 ○4设计光伏电池测试平台,在不同光照、温度情况下测试光伏电池输出电压、输出电流值,对实测数据进行处理并加以分析,记录实际光伏电池的I-V、P-V特性曲线,与仿真结果进行对比,得出有意义的结论。 ○5确定电力变换电路拓扑结构,设计电路中的相关参数值,通过MATLAB搭建电路并仿真分析,搭建电路如图10所示。

图10离网型光伏发电系统 ○6确定系统MPPT控制策略,建立MPPT模块仿真模型,并仿真分析。 系统联调,调节离网型光伏发电系统的电路和控制参数值,仿真并分析最大功率跟踪控制效果。 (2)记录实验数据 表1当T=290K时S=1305W/时的测试数据 表2当T=287K时S=1305W/时的测试数据 表3当T=287K时S=1278W/时的测试数据

二、实验结果处理与分析 1.实验数据的整理和选择 使用MATLAB软件其中的simulink工具进行模型的搭建。再对其进行仿真,得到仿真曲线。使用Excel表格输入实验所测得U、I、P,在对其自动生成I-V,P-V曲线。 2.绘制不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线; 图11 I-V曲线图12 P-V曲线 当T=290K时S=1305W/时的测拟合曲线 图13 I-V曲线图14 P-V曲线 当T=287K时S=1305W/时的拟合曲线

100kW光伏并网发电系统典型案例解

100kW光伏并网发电系统典型案例解 100kW光伏并网发电系统典型案例解析 1、项目地点分析 本项目采用光伏并网发电系统设计方案,应用类别为村级光伏电站项目。项目安装地为江西,江西位于位于中国的东南部,长江中下游南岸。地处北纬24°29′-30°04′,东经113°34′-118°28′之间。项目所在地坐标为北纬25°8′,东经114°9′。根据查询到的经纬度在NASA上查询当地的峰值日照时间如下: (以下数据来源于美国太空总署数据库) 从上表可以看出,项目建设地江西在国内属于二三类太阳能资源地区,年平均太阳能辐射量峰值平均每天为3.41kWh/m2,年平均太阳能总辐射量峰值为:3.41kWh/m2*365=1244.65 kWh/m2。 2、光伏组件 2.1光伏组件的选择 本项目选用晶硅太阳能电池板,单块功率为260Wp。下面是一组多晶硅的性能参数,组件尺寸为1650*990*35mm。 2.2光伏组件安装角度

根据项目所在地理位置坐标,项目所在地坐标为项目所在地坐标为北纬25°8′,东经114°9′,光伏组件安装最佳倾角为20°如下图所示: 2.3组件阵列间距及项目安装面积 采用260Wp的组件,组件尺寸为1650*990*35mm,共用400块太阳能电池板, 总功率104kWp。根据下表公式可以计算出组件的前后排阵列间距为2.4m,单 块组件及其间距所占用面积为2.39㎡。

104kWp光伏组件组成的光伏并网发电系统占地面积为2.39*400=956㎡,考虑到安装间隙、周围围墙等可能的占地面积,大约需要1000㎡。 3、光伏支架 本项目为水平地面安装,采用自重式支架安装方式。自重式解决方案适用于平屋顶及地面系统。利用水泥块压住支架底部的铝制托盘,起到固定系统的作用。

光伏并网发电模拟装置

光伏并网发电模拟装置 一、任务 设计并制作一个光伏并网发电模拟装置,其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S 和电阻R S 模拟光伏电池,U S =60V ,R S =30Ω~36Ω;u REF 为模拟电网电压的正弦参考信号,其峰峰值为2V ,频率f REF 为45Hz~55Hz ;T 为工频隔离变压器,变比为n 2:n 1=2:1、n 3:n 1=1:10,将u F 作为输出电流的反馈信号;负载电阻R L =30Ω~36Ω。 R L U S 图1 并网发电模拟装置框图 二、要求 1.基本要求 (1)具有最大功率点跟踪(MPPT )功能:R S 和R L 在给定范围内变化时, 使d S 1 2 U U =,相对偏差的绝对值不大于1%。 (2)具有频率跟踪功能:当f REF 在给定范围内变化时,使u F 的频率f F =f REF , 相对偏差绝对值不大于1%。 (3)当R S =R L =30Ω时,DC-AC 变换器的效率η≥60%。 (4)当R S =R L =30Ω时,输出电压u o 的失真度THD ≤5%。 (5)具有输入欠压保护功能,动作电压U d (th )=(25±0.5)V 。 (6)具有输出过流保护功能,动作电流I o (th )=(1.5±0.2)A 。 2.发挥部分 (1)提高DC-AC 变换器的效率,使η≥80%(R S =R L =30Ω时)。 (2)降低输出电压失真度,使THD ≤1%(R S =R L =30Ω时)。 (3)实现相位跟踪功能:当f REF 在给定范围内变化以及加非阻性负载时,

均能保证u F 与u REF 同相,相位偏差的绝对值≤5°。 (4)过流、欠压故障排除后,装置能自动恢复为正常状态。 (5)其他。 3. 器件要求 (1) 必须使用C2000处理器,推荐选择TMS320F28035, TMS320F28027, TMS320F2808;可使用各实验室已有的C2000开发板 ( 视参赛队情况,TI 可提供F28027开发模块 ); (2) 必须选择TI 生产的运放设计,推荐TLC08x ,TLV246x ; (3) 必须使用C2000内建ADC 进行设计,不得使用外部ADC ; (4) 若需MOSFET 驱动器,尽量使用TI 产品,比如UCC27423,UCC27424 和UCC27425等; (5) TI 将免费提供上述推荐使用的芯片,每参赛队处理器两片,模拟芯 片按板上数量乘以3提供(均为DIP 封装)。对于非推荐使用的芯片,TI 不负责提供。样片提供依据为参赛队提交的不雷同的原理图和PCB 图。 三、说明 1.本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。 2.U S 采用实验室可调直流稳压电源,不需自制。 3.控制电路允许另加辅助电源,但应尽量减少路数和损耗。 4.DC-AC 变换器效率o d P P η= ,其中o o1o1P U I =?,d d d P U I =?。 5.基本要求(1)、(2)和发挥部分(3)要求从给定或条件发生变化到电路 达到稳态的时间不大于1s 。 6.装置应能连续安全工作足够长时间,测试期间不能出现过热等故障。 7.制作时应合理设置测试点(参考图1),以方便测试。 8.设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、 主要的测试结果。完整的电路原理图、PCB 图和所有源程序以电子档附件形式提交,若不愿公开相关资料请提前说明。 9. 测试方法见附件。

光伏最大功率点跟踪系统MPPT的设计【文献综述】

毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 光伏最大功率点跟踪系统MPPT的设计 1前言部分 随着社会生产的日益发展,人们对能源的需求每天都在增加,全世界对能源的消耗在1970年约为83亿吨标准煤,而在1995年,这种消耗达到了140亿吨标准煤,25年间增长了69.7%,到2020年,全世界对能源的消耗预计将达到195亿吨标准煤。如果人类对能源的需求以目前的速度增长,根据公式计算,全世界的石油将在40年后被消耗殆尽,天然气和煤业最多能维持60年和200年左右。由此可见,研究和开发新能源的需求十分迫切,采用新能源和可再生能源不仅能解决能源短缺的问题,还能保护生态环境,减少污染,是走经济社会可持续发展的重大措施。太阳能资源丰富、分布广发、可再生、无污染,是当今国际社会公认的理想能源替代品[1]。能源危机迫在眉睫。根据对石油储量的综合估算,可支配的传统能源的极限大约为1180到1510亿吨,以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算,石油储量大约在2040左右年宣告枯竭;天然气储备估计在131800到152900兆立方米,年开采量维持在2300兆立方米,将在60年内枯蝎;煤的储量约为5600亿吨,1995年煤炭开采量为33亿吨,可以供应169年;铀的年开采量目前为每年6万吨,根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期;核聚变到2050年还没有实现的希望。传统能源与原料链条的中断,必将导致世界经济危机和冲突的加剧,最终将葬送现代市场经济[2]。事实上,近10年来,中东及海湾地区与非洲的战争都是由传统能源的重新配置与分配而引发。总之,能源危机随时会爆发,它的爆发将具有爆炸性[3]! 当今世界太阳能光伏技术的利用,特别是在非洲、美洲、澳洲、亚洲各国,其增长幅度相当大,只要原因是近几年来太阳能电池、电力电子及微电子技术的快速发展,以及人们环保意识的不断增强[4]。太阳能发电与其他发电系统相比具有许多优点: 1.太阳能取之不尽,用之不竭,每天照射到地球上的太阳能是人类消耗的能量 的6000倍。

5kWp光伏太阳能并网发电系统

5kWp光伏太阳能并网发电系统 设 计 方 案 设计人:申小波(Mellon) 单位:个人 电话: 日期: 2013年10月27日

目录 一、光伏太阳能并网发电系统简介 (2) 二、项目地点及气候辐照状况 (2) 三、相关规范和标准 (5) 四、系统结构与组成 (5) 五、设计过程 (6) 1、方案简介 (6) 2、设计依据 (6) 3、组件设计选型 (7) 4、直流防雷汇流箱设计选型 (9) 5、交直流断路器 (11) 6、并网逆变器设计选型 (13) 7、电缆设计选型 (14) 8、方阵支架 (15) 9、配电室设计 (15) 10、接地及防雷 (15) 11、数据采集检测系统 (16) 六、仿真软件模拟设计 (17) 七、接入电网方案 (22)

八、设备配置清单及详细参数 (22) 九、系统建设及施工 (22) 十、系统安装及调试 (23) 十一、运行及维护注意事项 (26) 十二、设计图纸 (28) 十三、工程预算投资分析报告 (32)

5kWp光伏太阳能并网发电系统配置方案 一、光伏太阳能并网发电系统简介 并网系统(Utility Grid Connected)最大的特点:太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网,并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外,多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚,太阳电池组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。 因为直接将电能输入电网,免除配置蓄电池,省掉了蓄电池储能和释放的过程,可以充分利用光伏方阵所发的电力,从而减小了能量的损耗,并降低了系统的成本。但是系统中需要专用的并网逆变器,以保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。因为逆变器效率的问题,还是会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源,降低了整个系统的负载缺电率,而且并网系统可以对公用电网起到调峰作用。但并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统,对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响,如谐波污染,孤岛效应等。 二、项目地点及气候辐照状况 图片来自Google地球 1、项目地点为:江苏省泰州市XX区XX镇; 2、纬度:32°22’,经度:120°12’; 3、平均海拔高度:7m;

2009光伏并网发电模拟装置_王雨曦等12

光伏并网发电模拟装置 摘要:系统基于光伏发电原理,采用正弦波脉宽调制技术(SPWM),以单片机和大规模可编程阵列逻辑器件(FPGA)作为控制核心,实现了模拟的光伏并网发电功能。系统采用增量电导法实现最大功率点跟踪(MPPT)功能,采用频率跟踪法和沿触发补偿跟踪法分别实现了系统的频率跟踪功能和相位跟踪功能。系统对各路输入输出信号进行实时监测和反馈控制,实现了欠压和过流保护,且具有自动恢复功能。系统对强弱电进行了隔离,这样既避免两部分电路的相互影响,保证了弱电部分器件的安全,又达到了控制的效果。主回路DC-AC变换器效率达到80%以上,负载电路输出电压失真度很小,不大于1%。系统人机界面友好,稳定性高,安全可靠,并具有可实时监测并显示变换器效率、频率等功能。 关键字:SPWM MPPT 频率跟踪相位跟踪 一、方案论证 1、方案比较与选择 1)DC-AC主回路拓扑 鉴于此DC-AC逆变器为电压输出,故我们采用电压型逆变电路。 方案一:半桥式。半桥式电路中每只开关管只需承受逆变器输入电压幅值大小的电压应力,电路简单,但其需要正负对称供电才能输出无直流偏置的信号。 方案二:全桥式。两个半桥合并成即为全桥,全桥式电路的输出功率比半桥式大,且效率较半桥式电路高、谐波少,其输出对称性好,供电简单。 综上比较,全桥式电路输出谐波少,则输出端滤波较为容易,在工作频率不是很高的情况下,效率可以达到很高,所以我们选择方案二。 2)SPWM控制波实现方案 方案一:模拟调制法。用硬件电路产生正弦波和三角波,其中正弦波作为调制信号,三角波作为载波,两路信号经模拟比较器比较后输出SPWM波形。 方案二:数字采样法。把正弦波波表及三角波波表存入存储器里,通过DDS 生成相应波形,再通过数字比较器产生所需要的波形。 方案一电路简单,响应速度快,但参数漂移大,集成度低,波形易受外界噪声干扰,设计不灵活,且需要很复杂的硬件来控制逆变器功率器件的死区。但方案二可靠性高,可重复编程,响应快,精度高,控制简单,故选用方案二。 3)MPPT控制方案 方案一:扰动观测法(P&O)。其原理是每隔一定的时间增加或者减少电压,并观测其后的功率变化方向,来决定下一步的控制信号。 方案二:增量电导法(INC)。对光伏电池的电压和电流进行采样,通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变控制信号。 方案二和方案一均是通过扰动逐步使光伏电池逼近最大功率点,但方案二较方案一更具优势,其避免了扰动观测法的盲目性,控制精确,响应速度快,且光伏电池的输出电压能平稳追随环境的变化,稳态振荡小,故选用方案二。 4)同频控制方案 方案一:瞬时比较方式。对反馈信号和参考信号测频并作比较,偏差通过滞环比较产生控制主电路中开关通断的SPWM信号,从而实现频率跟踪功能。

光伏并网控制系统的最大功率点跟踪

光伏并网控制系统的最大功率点跟踪

光伏并网控制系统的最大功率点跟踪(MPPT)方法 12月29日作者:周建华李冰郭玲田苗苗陈增禄来源:《中国电源博览》总第128期编辑:孙伟 摘要:最大功率点跟踪(MPPT)是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。本文首先介绍了光伏组件的输出特性,然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法,并总结3种方法各自的特点和不足。 1 引言 日本福岛核电站事故之后,多国陆续宣布暂停核电建设,而太阳能是永不枯竭的清洁能源,而且更加稳定、安全。据国家权威数据,在“十二五”期间,中国光伏发电装机容量达到万千瓦。但由于光伏组件本身特性的非线性,受环境温度、日照强度、负载等因素的影响,均会使其输出最大功率点发生变化,导致光伏组件转换效率很低。而所有光伏发电系统均希望光伏组件在相同日照、温度条件下输出尽可大的功率,这就提出了对光伏组件最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的问题。本文首先讨论了光伏组件本身的P-V,I-V特性,以及温度、光照的影响;然后具体分析了几种常见的MPPT控制方法,并对3种MPPT控制方法作简单的比较。 2 光伏组件的特性

A. 物理数学模型 根据半导体物理学理论,太阳能组件的等效物理模型如图1所示。 其中: IPH 与日照强度成正比的光生电流; I0 光伏组件反向饱和电流,一般其数量级为10-4A; n 二极管因子; q 电子电荷,; K 玻尔兹曼常数, J/K; T绝对温度( K); RS光伏组件等效串联电阻; RP光伏组件等效并联电阻;

式(1)中参数IPH、Io、Rs、RP、n与太阳辐射强度和组件温度有关,而且确定这些参数也十分困难。 B. 温度、光照对输出特性的影响 受外界因素(温度、光照强度等)影响,光伏组件输出具有明显的非线性,图2、图3分别给出其I-V特性曲线和P-V特性曲线。 由以上两图可知,光伏组件的输出短路电流(Isc)、最大功率点电流(Im)随光照强度的增强而增大。光照强度的变化对组件开路电压影响不大,最大功率点电压(Um)变化也不大,如图3-A所示。温度对光伏组件的输出电流影响不大,短路电流(Isc)随温度升高而略微增加。但开路电压(Uoc)受温度影响较大,开路电压随温度升高近似线性地下降,因此温度对光伏组件最大输出功率有明显影响,从图2-B曲线的峰值变化能够看出。

太阳能电池最大功率点跟踪技术探讨

第31卷  第4期 2008年8月 电子器件 Chinese J ournal Of Elect ron Devices Vol.31 No.4Aug.2008 Study T echnology of Maximum Pow er Point T racker on the Solar Cell 3 YA N G Fan 3 ,P EN G Hong 2w ei ,H U W ei 2bi n g ,L I Guo 2pi ng ,J I A N G Yan (College of Elect ronic and I nf ormation Engineering ,W uhan I nstit ute of Technology ,W uhan 430073,Chi na ) Abstract :Outp ut characteristic of t he solar battery in p hotovoltaic power 2generation system and t he princi 2ple of Maximum Power Point Tracker are int roduced.Bot h t he merit s and flaws of several t racing met hods in common usage are analysed.The emp hasis of t he st udy is Maximum Power Point Tracker based on quadratic interpolation.A system is designed to ascertain t he maximum power outp ut (M PO ),which is based on regular empirical approach and t he quadratic interpolation.The result of t he test indicates t hat t he M PO of solar battery can be ascertained very soon in t he quadratic interpolation.K ey w ords :solar cell ;quadratic interpolation ;Maximum Power Point Tracker EEACC :8250 太阳能电池最大功率点跟踪技术探讨 3 杨 帆3,彭宏伟,胡为兵,李国平,姜 燕 (武汉工程大学电气信息学院,武汉430074) 收稿日期:2007208220 基金项目:湖北省教育厅基金资助(20060271)作者简介:杨 帆(19662),女,硕士,硕士生导师,教授,主要研究方向为智能仪器与测控技术,yangfan188@https://www.wendangku.net/doc/3d18417705.html,. 摘 要:介绍了光伏发电系统太阳能电池的输出特性及最大功率点跟踪技术的基本原理。分析了多种常用的跟踪方法的优 缺点。重点研究了二次插值法的最大功率点跟踪技术。并设计了一个系统,应用常规实验方法及二次插值法寻找太阳能电池的最大输出功率,试验结果表明二次插值法能快速寻找太阳能电池的最大输出功率。 关键词:太阳能电池;二次插值;最大功率点跟踪 中图分类号:TP331 文献标识码:A 文章编号:100529490(2008)0421081204 太阳能作为绿色能源,具有无污染,无噪音,取之不尽,用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。由于光伏系统目前的主要问题是电池的转换效率低且价格昂贵,因此,如何进一步提高太阳能电池的转换效率,如何充分利用光伏阵列转换的能量,一直是光伏发电系统研究的重要方向。太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪控制M PP T (Maximum Power Point Tracker )就是其中一个重要的研究课题。 最大功率点跟踪是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术,它是指,为充分利用太阳能,控制改变太阳能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,根据太阳能电池的特性,目前实现的跟踪方法主要有以下三种:太阳追踪、最大功率点跟踪或两种方法综合使用。出于经 济方面的考虑,在小规模的系统中经常使用最大功率点跟踪的方法[1]。M PP T 能使太阳能电池阵列的输出功率增加约15%~36%。 1 太阳能电池的伏安特性分析 太阳能电池的伏安(p 2u )特性如图1所示,图1(a )为温度变化时的p 2u 特性曲线,图1(b )是日照强度变化时的p 2u 特性曲线。从图可以看出太阳能电池具有明显的非线性。太阳能电池的输出受日照强度、电池结温等因素的影响。当结温增加时,太阳能电池的开路电压下降,短路电流稍有增加,最大输出功率减小;当日照强度增加时,太阳能电池的开路电压变化不大,短路电流增加,最大输出功率增加。在一定的温度和日照强度下,太阳能电池具有唯一

光伏发电系统中的最大功率点跟踪

光伏发电系统中的最大功率点跟踪 摘要:所谓MPPT(最大功率点跟踪),即是指控制器能够实时侦测太阳能电池板的发电电压,并追踪最高电压电流值(VI),使得光伏组件工作在最大功率点输出状态下,实现光伏逆变器的最大功率输入,提高阳光的利用率。 光伏电池输出特性具有明显的非线性,受到外部环境包括日照强度、温度、负载以及本身技术指标如输出阻抗等影响,只有在某一电压下才能输出最大功率,这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点,称之为最大功率点。由于目前光伏电池的光电转换效率比较低,为了有效利用光伏电池,对光伏发电进行最大功率跟踪 (MaximumPowerPointTracking ,简称MPPT)显得非常重要。 太阳能光伏并网发电系统 太阳能电池原理 太阳能电池由硅半导体PN 结构成,在硅半寻体中从硅原子的价电子层中分离出一个电子需要一定的能量,该能量称为硅的禁带宽度(在室温下硅的禁带宽度为1.12eV ),当一定强度的光照射到硅半导体时,能量大于硅的禁带宽度的光子将使硅半导体中的价电子受到激发而成为自由电子,从而在半导体内形成光生电子-空穴对,这些电子-空穴对由于热运动会向各个方向扩散。当这些电子、空穴扩散到PN 结边界时在内建电场作用下,在N 区的电子-空穴会进入P 区,而在P 区的电子则在电场作用下进入N 区,从而在PN 结的两侧产生正负电荷的积累,使P 型层带正电,N 型层带负电,因此在PN 结上产生了电动势。这个现像被称为“光生伏特效应”。 R 光照 图错误!文档中没有指定样式的文字。.1光伏电池原理 太阳能电池特性 目前光伏系统中使用的电池多为硅太阳电池,包括单晶硅、多晶硅以及多晶硅薄膜电池,这些硅电池的输出具有强烈的非线性特性,他们的输出受太阳光照强度、环境温度以及负载的影响,如图错误!文档中没有指定样式的文字。.2所示是在恒度温度下,不同光照强度时太阳能硅电池的输出特性。

光伏并网发电系统设计

光伏并网发电系统设计 摘要:最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪(MPPT),由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号,实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明,该设计不但电路设计简单,软硬件结合,控制方法灵活,而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词:STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量,且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上,最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置,其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池,U S=60V,R S=30Ω~36Ω;u REF为模拟电网电压的正弦参考信号,其峰峰值为2V,频率f REF为45Hz~55Hz;T为工频隔离变压器,变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10,将u F作为输出电流的反馈信号;负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪(MPPT)功能,频率、相位跟踪功能,输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。 U R L

图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC变换器和后级的DC-AC逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST结构,主要完成系统的MPPT控制;DC-AC部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz交流电。设计采用单片机SPWM调制,驱动功率场效应管,经滤波产生正弦波,驱动隔离变压器,向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示: 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT原理及电路设计 MPPT原理 由于光伏阵列的最大功率点是一个时变量,可以采用搜索算法进行最大功率点跟踪。其搜索算法可分为自寻优和非自寻优两种类别。所谓自寻优算法即不直接检测外界环境因素的变化,而是通过直接测量得到的电信号,判断最大功率点的位置。典型的追踪方法有扰动观测法和增量导纳法等。增量导纳法算法的精确度最高,但是,由于增量导纳法算法复杂,对实现该算法的硬件质量要求较高、运算时间变长,会增加不必要的功率损耗,所以实际工程应用中,通常采用扰动观测法算法]1[。 扰动观测法原理:每隔一定的时间增加或者减少电压,并通过观测其后功率变化的方向,

最大功率跟踪控制在光伏系统中的应用

最大功率跟踪控制在光伏系统中的应用3X 赵庚申33,王庆章 (南开大学光电所,天津300071) 摘要:对最大功率跟踪控制中DC2DC变换器的原理和控制方法进行了实验研究,利用DC2DC转换电路和单片机控制系统实现最大功率点跟踪,使太阳电池始终保持最大功率输出;和普通的控制器相比增加输出功率5%~15%。 关键词:光伏(PV);最大功率点跟踪(MPPT);DC2DC变换器 中图分类号:TP206 文献标识码:A 文章编号:100520086(2003)0820813204 T racing and Control of Maximum Pow er Point in a PV System ZHAO G eng2shen33,WAN G Qing2zhang (Institute of Photoelectronics,Nankai University,Tianjin300071,China) Abstract:Principle and control method of DC2DC conversion for MPPT in a solar cell system experi2 mentally discussed.MPPT was implemented with a DC2DC conversion circuit and a MCU control system,and more output power of5to15percent than common control mathod was achieved. K ey w ords:photovoltaics system(PV);maximum power point tracking(MPPT);DC2DC conversion 1 引 言 独立光伏系统一般是由储能蓄电池电压来选择太阳电池输出电压,而对蓄电池的充放电控制则是通过监控蓄电池的电压实现,控制工作电压在一定程度上可以调节太阳电池的输出。但太阳电池的最大功率点是变化的。当太阳电池的最大功率点超出所控制的范围时,就会浪费一部分能源。因此,为了有效利用太阳能,就必须跟踪控制太阳电池的最大功率点来调节太阳电池的输出;同时将蓄电充电电压限制在一定的范围,以保证蓄电池有稳定的电压。在并网发电光伏系统中,通过跟踪控制太阳电池的最大功率点来调节太阳电池的输出,可以随时将系统富裕的电能馈送到常规电网,最大限度地利用太阳能。 DC2DC变换器是通过控制电压的方法将不控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路,被广泛应用于开关电源、逆变系统和用直流电动机驱动的设备中[1]。用DC2DC变换器可以实现最大功率点的跟踪(MPPT)。实际使用中用DC2DC变换器实现MPPT有不同的方法,其中谐振法是利用开关型电压逆变器的输出电压,通过电感、电容产生谐振,电感上的电压通过变压器和桥式整流向蓄电池充电。该方法可以通过改变工作频率来调节输出电压和电流,实现MPPT,但线路较复杂,需用中间变压器,本文将DC2DC变换器接入太阳电池的输入回路,并将对DC2DC变换器的输入、输出电压和电流测量结果通过单片机的分析运算,由单片机输出PWM脉冲调节DC2DC转换器内部开关管的占空比来控制太阳电池的输出电流,从而使蓄电池电压保持恒定。同时通过控制开关管的占空比也可调节太阳电池输出。由于采用了升降压式(buck2boost)DC2DC转换电路[2]来实现MPPT,所以该方法电路简单、软硬件结合、控制方法灵活。 2 MPPT原理和控制方法[3] 2.1 升降压式DC2DC变换电路 升降压式DC2DC转换电路原理如图1。在开关管Q1处于导通状态时,电源给电感L充电,L上的 光电子?激光 第14卷第8期 2003年8月 J ournal of Optoelectronics?L aser Vol.14No.8 Aug.2003 X收稿日期:2003203212  3 基金项目:“十五”国家重大科技攻关资助项目(2002BA901A44)  33E2m ail:zhaogs@https://www.wendangku.net/doc/3d18417705.html,

并网光伏发电系统设计与仿真

并网光伏发电系统设计分析与仿真 1、绪论 在能源形势日益严峻和环境污染问题日益严重的今天,开发利用绿色可再生能源以实现可持续发展是人类必须采取的措施,分布式发电成为世界各国争相发展的热点,其中太阳能无疑是符合可持续发展战略的理想的绿色能源。随着太阳能电池研究进程的加快和转换效率的不断提升,光伏发电成本呈现出快速下降趋势,社会普遍认同光伏发电作为可再生能源的作用与应用前景,开展光伏发电(Photovoltaic(PV))的应用推广也更具有现实意义。同时光伏发电正在由边远农牧区和特殊场合应用向并网发电规模化方向发展,由补充能源向替代能源方向过渡。光伏并网发电已经成为太阳能光伏利用的主要方式之一。开展并网光伏发电的研究,对于缓解能源和环境问题,研究高性能光伏发电系统,合理正确利用太阳能光伏发电,不仅具有理论意义同样也具有重大的现实意义。 光伏发电作为分布式发电的一种,其工作特点是利用并网逆变器将太阳能电池组件产生的直流电转换成符合电网要求的交流电并入公共电网,光伏系统产生的电能除供给交流负载外,将剩余电能反馈给电网。可任意组合光伏系统的容量,分散使用最佳,可作为大电厂、大电网集中式供能的重要补充,也是新一代能源体系的重要组成部分。 2、光伏系统介绍及阵列输出特性分析 光伏发电系统通常由光伏阵列、能量优化控制器、储能组件及逆变器等部分组成。光伏发电系统一般分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统两大类。独立光伏发电系统是指供用户单独使用的光伏发电系统,如在边远地区使用的家用光伏电源等。并网光伏发电系统是指与电网系统相连的光伏发电系统。

2.1独立光伏发电系统 不与电网相连的光伏发电系统称为独立光伏发电系统,如图2-1所示。由于独立光伏发电系统中太阳能是唯一的能量来源,为了保证系统的正常工作,系统中必定存在一个储能环节来储存和调节整个系统的能量。 图2-1 独立光伏发电系统 2.2并网光伏发电系统 并网光伏发电系统如图2-2所示,光伏发电系统直接与电网连接,其中逆变器起很重要的作用,要求具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式,其不同之处在于是否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统,由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关,使得系统具有不间断电源的作用,这对于一些重要负荷甚至某些家庭用户来说具有重要意义;此外,该系统还可以充当功率调节器的作用,稳定电网电压、抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量。不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统,在此系统中,并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能。当主电网断电时,系统自动停止向电网供电;当有日照照射、光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时,多余的部分将送往电网;夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时,电网自动向负载补充电能。

分布式最大功率点跟踪系统提高光伏系统效率

如何利用分布式最大功率点跟踪系统提高光伏系统效率 太阳能是市场上最有前景的可再生能源之一。由于政府推出激励政策和传统电力成本不断攀升的影响,越来越多的家庭开始转向太阳能,并在屋顶安装光伏(PV)系统。按照目前的光伏系统价格计算,用户通常在 7-8 年后才能获得投资回报。政府激励政策和光伏系统的使用寿命必须能持续 20 年或更久。太阳能光伏系统的投资回报取决于该系统每年的发电量,因此用户需要的光伏系统必须具备高效、可靠和易于维护等特性,从而可以获得最大限度的发电量。 如今,很多安装太阳能光伏系统的用户已经意识到部分或间歇性的遮蔽会影响到系统的发电量。 部分阴影遮蔽对太阳能光伏系统的影响: 当树木、烟囱或其他物体投射的阴影遮挡住光伏系统时,就会导致系统造成“失配”问题。即使光伏系统只受到一点点阴影的遮挡都会导致发电量的大幅下跌。部分遮蔽导致的系统失配对发电量的实际影响很难通过简单的计算公式获得。因为影响系统发电量的因素很多,包括内部电池模块间互连、模块定向、光伏电池组间的串并联问题以及逆变器的配置等。光伏模块通过多个电池串相互连接而成,每个电池串被称为一个“组列”。每个组列由一个旁路二极管来保护,以免一个或多个电池被遮蔽或损坏时导致整个电池串因为过热而受到损坏。这些串联或并联的电池组列能够使电池板产生相对较高的电压或电流。本文来自环球光伏网 光伏阵列由串联在一起的光伏模块通过并联构成。每串光伏模块的的最大电压必须低于逆变器的最大输入电压额定值。 当光伏系统部分被遮蔽时,未被遮蔽的电池中的电流流经被遮蔽部分的旁路二极管。 当光伏阵列受到遮蔽而出现上述情况时,会产生一条具有多个峰值的 V-P 电气曲线。图 1 显示了具有集中式最大功率点跟踪系统( MPPT) 功能的标准并网配置,其中一个组列的两个电池板被遮蔽。集中式 MPPT无法设置直流电压,因此无法令两个组列的输出功率都达到最大。在高直流电压点 (M1),MPPT 使未遮蔽组列的输出功率达到最大。在低直流电压点 (M2),MPPT 将使遮蔽组列的输出功率达到最大:旁路二极管绕过遮蔽电池板,此组列的未遮蔽电池板将提供全量电流。阵列的多个 MPP 可能导致集中最大功率点跟踪(MPPT)配

光伏并网发电系统设计复习过程

光伏并网发电系统设 计

光伏并网发电系统设计 摘要:最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪(MPPT),由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号,实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明,该设计不但电路设计简单,软硬件结合,控制方法灵活,而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词:STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量,且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上,最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置,其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池,U S=60V,R S=30Ω~36Ω;u REF为模拟电网电压的正弦参考信号,其峰峰值为2V,频率f REF为45Hz~55Hz;T为工频隔离变压器,变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10,将u F作为输出电流的反馈信号;负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪(MPPT)功能,频率、相位跟踪功能,输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。

R L U 图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC 变换器和后级的DC-AC 逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST 结构,主要完成系统的MPPT 控制;DC-AC 部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz 交流电。设计采用单片机SPWM 调制,驱动功率场效应管,经滤波产生正弦波,驱动隔离变压器,向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示: 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT 原理及电路设计 3.1 MPPT 原理

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