基于单变量检测的光伏电池最大功率点跟踪算法

传统的光伏电池最大功率点跟踪(MPPT)技术需要同时检测光伏电池的输出电压和输出电流2个变量,在传统的电导增量法的基础上提出一种新的MPPT算法,该算法通过Boost变换器实现系统的MPPT。与传统算法相比,新算法只需检测光伏电池的输出电流,通过调节变换器的占空比,实现光伏电池阵列的输出功率最大化,减少了光伏系统的成本。仿真结果验证了该方案的正确性和可行性。     

基于Matlab的光伏阵列输出特性和最大功率点跟踪控制策略的研究

针对光伏并网发电过程中存在的最大功率输出问题,研究了光伏阵列高度的非线性输出特性和最大功率点跟踪(MPPT)问题。根据光伏阵列的等效数学模型,结合Matlab分析环境中的Simulink工具,基于S函数建立光伏阵列的输出特性分析模型。通过对不同温度和光照强度条件下进行模型仿真分析,研究环境温度和光照强度对光伏阵列输出特性的影响。采用S函数对最大功率点进行建模,给出MPPT的控制策略。重点研究了扰动观察法和电导增量法最大功率跟踪特性,并对仿真结果进行对比分析。研究结果对并网控制器的研究和实践具有一定的理论指导和参考价值。     

基于PSIM的光伏并网系统的仿真研究

系统仿真对于系统的设计具有指导作用,通过对光伏阵列数学模型的分析,在PSIM仿真环境下,分别建立光伏阵列模型、最大功率点跟踪(MPPT)实现模型及并网控制实现模型,并对各个模块进行仿真,仿真结果验证了系统的光伏阵列特性、MPPT实现以及安全并网实现的正确性,对于光伏系统的仿真具有一定的参考价值。     

基于S-Function Builder的光伏阵列仿真模型

基于MATLAB/Simulink中的S-Function Builder模块,所建立的光伏组件仿真模型利用C语言将简化的光伏组件数学模型编程,再与其他Simulink模块连接成电路以仿真电路性能。该仿真模型输出结果与户外实测光伏组件电流电压特性曲线比较结果显示出了良好的一致性,最大功率点处误差最大约为1.8%,可满足科研精度的要求。特别是该光伏组件仿真模型还可在Simulink中串联为光伏阵列,并对局部阴影下光伏阵列输出特性进行较好的仿真。     

光伏MPPT系统电压控制器的优化设计

分析了光伏MPPT系统构成及工作原理。使用基于变步长电压扰动法作为功率/电压寻优控制器。为实现快速稳定的光伏MPPT响应,重点对光伏输出电压控制器的电压环进行优化设计。设计了一种光伏MPPT电压复合控制器,采用电压顺馈+PI调节器的方法实现。通过对光伏输出电压控制器进行数学建模得到电压闭环传递函数。确定了最佳PI调节器参数以得到快速稳定的MPPT控制。仿真分析结果以及试验结果表明,此电压复合控制器能够快速、稳定地实现光伏MPPT响应。     

三相光伏并网系统的运行控制研究

随着光伏发电技术水平不断提高,光伏并网系统在未来具有较大发展潜力。分析了光伏并网发电系统的工作原理,在光伏电池工程用数学模型下,选用导纳增量法的MPPT算法,建立了光伏阵列仿真模型。并网逆变器则采用电压外环、电流内环的SPWM双环控制策略。仿真结果表明,搭建的仿真模型能够满足实际并网规范要求,可以用于光伏发电并网方面的仿真研究。     

基于故障串电流反向突变判据的光伏阵列线间故障保护方案

光伏阵列发生线间故障时故障电流较小,过电流保护无法有效清除故障。提出一种基于光伏串输出电流反向突变特性的光伏阵列线间故障保护方案。基于光伏串输出电流-电压曲线定性分析了光伏阵列发生线间故障时输出电压、电流的变化特性,得到光伏阵列线间故障下光伏串输出电流反向减小特征。通过光伏串等效电路模型,建立了光伏串输出电流与光伏串故障电池数量之间的量化关系。以最小故障电池数量的电流突变为阈值,提出了基于故障电流反向突变的保护判据。该保护判据可快速准确地定位光伏阵列中的故障串,且只需要测量光伏串的输出电流信号以及光伏阵列输出的电压信号,保护配合只需要跳闸信号。最后,通过时域仿真以及现场测试有效验证了所建立判据的准确性以及所提出的保护方案的正确性。     

基于PSO优化BPNN估计光伏阵列MPPT控制系统研究

为了充分利用光伏阵列转换能量,提高光伏阵列的发电效率,在分析光伏阵列的伏安特性及最大功率点跟踪(MPPT)原理的基础上,提出了一种基于粒子群算法优化BP神经网络(PSO-BPNN)的建模方法,并用这种改进的神经网络构建了光伏阵列的动态模型.通过PSO-BPNN模型拟合光伏阵列输出功率与输出电压的非线性关系,实现了对光伏阵列的最大功率点跟踪.Matlab/Simulink仿真及在线测试结果表明:基于PSO-BPNN估计的光伏阵列MPPT控制系统能快速、精确地跟踪光伏阵列的最大功率点,改善了BP神经网络收敛速度慢,易陷入局部极值,建模精度不高的缺点,提高了系统的稳定性和能量转换效率,是研究光伏发电这个复杂非线性系统的一个可行办法.     

扰动电压下光伏最大功率跟踪控制器的设计

分析了扰动电压输出条件下的光伏最大功率跟踪系统构成,使用基于变步长电压扰动法作为功率/电压寻优控制器。设计了一种光伏MPPT系统电压复合控制器,采用光伏输出电压预调节控制+电压环PI调节器的方法实现。通过对光伏输出电压控制器进行数学建模得到电压闭环传递函数,确定了最佳预调节系数及PI调节器参数以得到快速稳定的MPPT控制,仿真分析了控制器阶跃响应及波特图。仿真以及试验结果表明此电压复合控制器能够快速、稳定的实现光伏MPPT响应。     

复杂光照环境下光伏阵列输出特性研究

为解决复杂光照环境下集中式光伏阵列最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)的问题,采用太阳能光伏组件的电流方程以及电路分析的原理,对串、并联光伏组件的输出过程进行理论推导,总结出集中式光伏阵列处于复杂光照环境下的输出特性,建立1种复杂光照环境下集中式光伏阵列输出特性的仿真模型.通过计算机仿真以及系统实验,对集中式光伏阵列的输出特性曲线进行分析,仿真、实验结果与理论分析保持一致.     

具有改进最大功率跟踪算法的光伏并网控制系统及其实现

光伏并网控制系统输送到电网的功率随着光照强度、环境温度以及光伏阵列输出电压的不同而变化，控制光伏阵列的工作点使其连续稳定地向电网输出最大功率非常必要。该文提出了基于同步旋转坐标变换实现光伏阵列最大功率跟踪与电流控制的电压源型逆变器相结合的三相光伏并网控制系统，该系统主要包括光伏阵列、直流母排电容、电压源型逆变器、滤波电感、数字信号控制器与电网。提出的改进最大功率跟踪方法，根据光伏阵列dP/dU-U的特性曲线，利用Newton-Raphson方法快速计算光伏阵列输出功率对电压的微分值，由此进一步形成光伏阵列工作在最大功率点的参考电压值。整个控制系统为双环控制，外环为电压控制环，利用一个PI调节器使光伏阵列输出电压工作在最大功率工作点；内环为电流控制环，利用2个PI调节器分别对d-q轴电流进行解耦控制，使逆变器输出电流与参考电流一致。根据所提出的控制算法，研制了一台三相光伏并网系统原理性样机，仿真与实验结果一致，系统具有良好的动稳态性能，说明了所提出的控制方案是非常有效的。     

基于最优梯度MPPT控制的光伏水泵系统

为提高对光伏阵列的利用率,分析了一种基于最优梯度最大功率点跟踪(MPPT)控制的光伏水泵调速系统.根据光伏阵列的特性及最优梯度控制的方法,通过检测光伏阵列的输出电压、电流及单片机软件控制来实现MPPT.介绍了系统软件和硬件的设计,最后用给出的实验波形证明该方法能使系统稳定运行.     

基于开路电压、短路电流的最优梯度法的光伏发电系统MPPT控制

提出一种基于在线短路电流、开路电压结合最优梯度法的控制方法。该方法在不干扰系统正常工作的情况下，能迅速感知外部环境变化，快速准确的找到最大功率点，且能较好的消除最大功率点处的震荡，充分发挥了光伏电池的效能。通过仿真和实验研究证明，该方法可以快速跟踪外部环境变化，并消除系统在最大功率点的振荡现象。     

基于功率平衡原理的最大功率点算法实现

最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,简称MPPT)控制电路及控制方法是提高光伏器件利用效果的有效手段,但是检测光伏器件输出端电压、电流的传感器增加了硬件电路的成本和体积。从功率平衡角度对逆变器工作电流与光伏器件输出功率之间的关系进行分析,结果表明控制系统逆变器的输出电流可实现光伏器件的MPPT控制。由于该方法利用了逆变器并网工作所必需的检测信号,从而避免了对光伏器件输出信号的检测,降低了成本。实验结果验证了该方法的有效性。     

电流扰动双轨迹最大功率跟踪技术研究

提出了一种基于电流扰动的双轨迹最大功率跟踪控制方法。该方法采用 P‐V 、I‐V 相结合进行光伏最大功率点跟踪,跟踪分为3个区域,电流源和电压源区采用短路电流法将光伏阵列工作点电流调整到最大功率点附近,电流扰动工作区采用电流扰动观察法进一步精确跟踪光伏最大功率点。采用短路电流法确定不同光照强度下的上、下边界阈值函数,建立带有线性化光伏电池等效电路模型,对其进行了幅频、相频特性分析,得到了稳定的闭环参数。将该方法用于某115 V／400 Hz独立光伏发电系统,并进行了一系列的仿真和实验研究,结果表明,系统运行稳定、状态良好,验证了方法的可行性和正确性。     

300kW光伏并网系统优化控制与稳定性分析

本文基于系统精确建模进行了300kW的光伏并网系统优化控制设计与稳定性分析,应用三相二电平电流控制电压源型的SVPWM逆变器以及LCL滤波器作为光伏阵列与电网之间的接口,具有前馈补偿的同步矢量电流PI控制器对三相光伏并网系统公共点的并网电流实现闭环控制,能够平滑快速地实现文中提出的光伏阵列最大功率点跟踪算法,同时使并网电能质量符合IEEEStd929—2000标准。仿真结果与实验结果验证了所提算法的有效性,充分表明了所提出的控制系统具有良好的动态与稳态性能。     

Model predictive control of grid-connected PV power generation system considering optimal MPPT control of PV modules

Because of system constraints caused by the external environment and grid faults, the conventional maximum power point tracking (MPPT) and inverter control methods of a PV power generation system cannot achieve optimal power output. They can also lead to misjudgments and poor dynamic performance. To address these issues, this paper proposes a new MPPT method of PV modules based on model predictive control (MPC) and a finite control set model predictive current control (FCS-MPCC) of an inverter. Using the identification model of PV arrays, the module-based MPC controller is designed, and maximum output power is achieved by coordinating the optimal combination of spectral wavelength and module temperature. An FCS-MPCC algorithm is then designed to predict the inverter current under different voltage vectors, the optimal voltage vector is selected according to the optimal value function, and the corresponding optimal switching state is applied to power semiconductor devices of the inverter. The MPPT performance of the MPC controller and the responses of the inverter under different constraints are verified, and the steady-state and dynamic control effects of the inverter using FCS-MPCC are compared with the traditional feedforward decoupling PI control in Matlab/Simulink. The results show that MPC has better tracking performance under constraints, and the system has faster and more accurate dynamic response and flexibility than conventional PI control.     

Model predictive control of grid-connected PV power generation system considering optimal MPPT control of PV modules

Because of system constraints caused by the external environment and grid faults, the conventional maximum power point tracking (MPPT) and inverter control methods of a PV power generation system cannot achieve optimal power output. They can also lead to misjudgments and poor dynamic performance. To address these issues, this paper proposes a new MPPT method of PV modules based on model predictive control (MPC) and a finite control set model predictive current control (FCS-MPCC) of an inverter. Using the identification model of PV arrays, the module-based MPC controller is designed, and maximum output power is achieved by coordinating the optimal combination of spectral wavelength and module temperature. An FCS-MPCC algorithm is then designed to predict the inverter current under different voltage vectors, the optimal voltage vector is selected according to the optimal value function, and the corresponding optimal switching state is applied to power semiconductor devices of the inverter. The MPPT performance of the MPC controller and the responses of the inverter under different constraints are verified, and the steady-state and dynamic control effects of the inverter using FCS-MPCC are compared with the traditional feedforward decoupling PI control in Matlab/Simulink. The results show that MPC has better tracking performance under constraints, and the system has faster and more accurate dynamic response and flexibility than conventional PI control.     

基于模糊控制的MPPT在光伏并网发电系统中的应用

为了提高光伏并网发电系统的输出效率,减小系统正常工作时的电压波动,提出了一种基于模糊控制的最大功率点跟踪方法.在分析了光伏电池的特性和几种光伏并网发电系统的最大功率点跟踪算法后,针对扰动观测法的不足,将模糊控制应用到最大功率点跟踪控制算法中,提出基于扰动观测法的模糊控制策略.在Matlab/Simulink中进行了系统...     

Nonlinear Adaptive Backstepping Controller Design for Three-Phase Grid-Connected Solar Photovoltaic Systems

A cascaded control structure is proposed in this paper for injecting active and reactive power in a three-phase grid-connected solar photovoltaic (PV) system by considering external disturbances. In the proposed cascaded control structure, there are two control loops—the outer loop voltage controller is used to ensure a continuous balance in power flow between the PV arrays and electrical power grid whereas the inner loop current controller controls the output current of the inverter. Moreover, the DC-DC boost converter is controlled to achieve a constant voltage at the input of the inverter. In order to obtain the power balance and extract maximum power, an incremental conductance (IC) based maximum power point tracking (MPPT) method is used in this paper. The current controller is designed using a nonlinear adaptive backstepping technique to regulate the active and reactive components of the grid current. The regulation of these currents towards desired values which in turn control the active and reactive power delivered into the grid. The overall stability analysis of the system is performed based on the formulation of control Lyapunov functions (CLFs). Finally, the performance of the designed controller is tested on three-phase grid-connected PV systems with single as well as multiple PV units under different environmental conditions and compared with an existing sliding mode controller. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed adaptive backstepping control scheme and demonstrate the superior performance over the sliding mode controller.