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(多图) 基于DSP的光伏电池最大功率点跟踪系统

电子技术应用 孔晓丽 陈显峰 续艳鑫?? 2010年05月26日 ?? 收藏0

  0 引言

  随着经济全球化进程的不断加速和工业经济的迅猛发展,能源问题已成为人类需要迫切解决的问题,大力发展新的可替代能源已成为当务之急。太阳能是一种取之不尽用之不竭的绿色能源,太阳能发电具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿性及维护性等其它常规能源所不具备的优点。光伏发电虽然具有以上的优势,但是实际应用中还存在很多的问题。光伏发电的主要缺点之一是太阳能电池阵列的光电转换效率太低。为了解决该问题,一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点,进行最大功率点跟踪(MPPT),使之始终工作在最大功率点附近。目前,光伏系统的最大功率点跟踪问题已成为学术界研究的热点。

  高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于光伏发电控制系统成为可能。本论文就是在此背景下,采用TI公司生产的TMS320F2812进行控制,开展了太阳能发电系统的理论和试验研究,具有重要的现实意义。

  1 光伏电池的特性

  太阳能电池的输出特性是非线性的,它受到光照强度、环境温度等因素的影响。太阳能电池的等效电路如图1所示,图2是光伏电池在不同温度下的I-V、P-V特性,图3为光伏电池在不同日照强度下的I-V、P-V特性。

太阳能电池的等效电路

光伏电池在不同温度下的I-V

  从图2可以看出,太阳能电池开路电压V0。主要受电池温度的影响;从图3可以看出,太阳能电池短路电流Is。主要受日照强度的影响,而且在一定的温度和光照强度下,太阳能电池具有唯一的最大功率输出点。由于实际应用中不能保证其总是工作在最大功率点上,所以在应用中要用到MPPT装置,以保证太阳能电池的输出功率在最大功率点的附近。

  2 MPPT基本原理

  MPPT的实现实质上是一个动态自寻优过程,通过对阵列当前输出电压与电流的检测,得到当前阵列输出功率,再与已被存储的前一时刻功率相比较,舍小取大,再检测,再比较,如此周而复始。MPPT控制系统的DC-DC变换的主电路采用Boost升压电路。图4为Boost变换器的主电路,电路由开关管T、二极管D、电感L、电容C组成。工作的原理为在开关T导通时,二极管D反偏,太阳能电池阵列向电感L存储电能;当开关T断开时,二极管导通,由电感L和电池阵列共同向负载充电,同时还给电容C充电,电感两端的电压与输入电源的电压叠加,使输出端产生高于输入端的电压。Boost电路输入输出的电压关系为:???? V0=VI/(1-D) (1)

Boost变换器的主电路

  当Boost变换器工作在电流连续条件下时,从式(1)可以得到其变压比仅与占空比D有关而与负载无关,所以只要有合适的开路电压,通过改变.Boost变换器的占空比D就能找到与太阳能电池最大功率点相对应的VI。

  3 MPPT控制的实现

  3.1 控制算法

  目前实现太阳能MPPT常用的算法有扰动观察法(P&O)和电导增量法(INC)。前者的算法结构简单、检测参数少,应用较普遍,但在最大功率点附近,其波动较大;后者的算法波动较小,但较为复杂,跟踪过程需花费相当长的时间去执行A/D转换。

  系统采用自适应扰动观察法,通过对扰动观察法的改进,引进一个变步长参数λ(k)来解决在最大功率点附近波动大的问题,其中λ(k)=ε|△P|式中ε是一个恒定的常数,自适应扰动观察法的程序流程图如图5所示。图中e决定了跟踪精度,λ(k)为占空比步长,决定功率变化的步长,η为扰动方向控制系数,取值为1。

自适应扰动观察法的程序流程图


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DSP? 光伏电池? MPPT? Boost?

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