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最大功率范文第1篇

關(guān)鍵詞：功率放大器；熱敏電阻；測(cè)溫電路；功率控制

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

0引言

在移動(dòng)通信過(guò)程中，移動(dòng)設(shè)備距離基站時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備離基站比較遠(yuǎn)時(shí)，需要移動(dòng)設(shè)備具有足夠的功率，以便移動(dòng)設(shè)備傳出的信息能夠傳輸?shù)交?；?dāng)移動(dòng)設(shè)備距離基站較近時(shí)，若其功率過(guò)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(duì)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(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)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(yàn)證。

1硬件設(shè)計(jì)

1.1原設(shè)計(jì)方案

CDMA手機(jī)在最大功率時(shí)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(jī)的最大功率由自身來(lái)控制。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中移動(dòng)設(shè)備的開環(huán)時(shí)功率放大器控制電路的示意圖?；鶐幚砥髦甘臼瞻l(fā)機(jī)將特定功率的信號(hào)傳送到功率放大器，經(jīng)功率放大器放大后的信號(hào)再經(jīng)由耦合器調(diào)整到適當(dāng)?shù)墓β实燃?jí)，并由天線發(fā)送。從耦合器輸出的信號(hào)還通過(guò)檢波管/ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)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(hào)來(lái)判斷當(dāng)前天線發(fā)送的信號(hào)功率是否合適，并根據(jù)判斷的結(jié)果來(lái)指示收發(fā)機(jī)對(duì)其發(fā)送的信號(hào)功率做出相應(yīng)的調(diào)整，從而實(shí)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(cè)電路[1]。

本裝置根據(jù)當(dāng)輸出功率不同時(shí)，同一功率放大器釋放的熱能不同的原理，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：在環(huán)境溫度不變時(shí)，功率放大器的表面溫度與其輸出功率以及發(fā)射信號(hào)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(gè)因素中任何1個(gè)因素發(fā)生變化，功率放大器的表面溫度也會(huì)隨之發(fā)生變化[3]?；谶@一原理，根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出1種通過(guò)溫度測(cè)量來(lái)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(bǔ)償。

本裝置包括溫度檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)所述移動(dòng)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(cè)模塊相耦合，用于根據(jù)所述溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)到的表面溫度，使所述功率放大器的功率得到相應(yīng)的補(bǔ)償。如圖2所示。

按照?qǐng)D2所示，基帶處理器指示收發(fā)機(jī)發(fā)送特定功率的信號(hào)，信號(hào)經(jīng)功率放大器放大，并由天線發(fā)射。在本實(shí)施例中，溫度檢測(cè)模塊為測(cè)溫電路。測(cè)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(hào)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(hào)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(shí)現(xiàn)?；鶐幚砥髦羞€包括存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有溫度補(bǔ)償表。該溫度補(bǔ)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(bǔ)償表的詳細(xì)描述參照表1和表2?；鶐幚砥鞲鶕?jù)從測(cè)溫電路反饋的信號(hào)調(diào)用溫度補(bǔ)償表中的相應(yīng)值，并指示收發(fā)機(jī)調(diào)整其發(fā)射功率，從而達(dá)到功率控制。

3驗(yàn)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(cè)溫電路，從而使移動(dòng)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(shí)也縮減了手機(jī)生產(chǎn)時(shí)的最大功率校準(zhǔn)項(xiàng)，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)測(cè)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(diǎn)跟蹤；模糊控制

0 引言

面對(duì)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(wú)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(yùn)行在不同且唯一的最大功率點(diǎn)（maximum power point，mpp）上。為了最大限度地將光能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出，光伏電池的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)已成為本課題研究的熱點(diǎn)。

1 光伏電池特性分析

太陽(yáng)能電池的基本特性可以用電流和電壓的關(guān)系曲線來(lái)表征，電流、電壓之間的關(guān)系自然又是通過(guò)其他一系列參變量來(lái)表征，特別是和投射于太陽(yáng)能電池表面的日照強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)然也和太陽(yáng)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(lái)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(gè)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(duì)太陽(yáng)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(yáng)光伏電池的短路電流，而溫度則影響太陽(yáng)能電池的開路電壓，在一定的光照和溫度條件下，太陽(yáng)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(yáng)能電池溫度變化不大時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出p-v 曲線上的最大功率點(diǎn)幾乎分布于一條垂直直線的兩側(cè)。因此，若能將太陽(yáng)能電池輸出電壓控制在其最大功率點(diǎn)時(shí)的電壓處，這時(shí)太陽(yáng)能電池將工作在最大功率點(diǎn)。恒定電壓法特點(diǎn)是：檢測(cè)參數(shù)少、對(duì)硬件電路的要求低、實(shí)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(dòng)觀察法

擾動(dòng)觀察法（perturb and observe method，po）是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的輸出電壓、電流或pwm信號(hào)上疊加一個(gè)或正或負(fù)的擾動(dòng)，在跟蹤控制過(guò)程中，通過(guò)不間斷地比較系統(tǒng)的輸出功率值來(lái)判斷所受的擾動(dòng)是增強(qiáng)型的還是削弱型的，進(jìn)而對(duì)控制pwm脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制。擾動(dòng)觀察法的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，但是在最大功率點(diǎn)附近的波動(dòng)現(xiàn)象會(huì)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(shí)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(shí)現(xiàn)控制的。電導(dǎo)增量法的特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，而且與擾動(dòng)觀察法相比，在最大功率點(diǎn)附近沒(méi)有較大的波動(dòng)現(xiàn)象，但此方法在實(shí)踐中對(duì)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(huì)增加，影響了控制的時(shí)實(shí)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(shí)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(guò)運(yùn)算，判斷出工作點(diǎn)與最大功率點(diǎn)之間的位置關(guān)系，自動(dòng)校正工作點(diǎn)電壓值，使工作點(diǎn)趨于最大功率點(diǎn)。

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(diǎn)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(diǎn)連線的斜率值e以及單位時(shí)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(gè)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(lái)確定輸入變量（e和ce）和輸出變量（du）不同取值與相應(yīng)語(yǔ)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(yùn)算

模糊邏輯控制器的作用是調(diào)節(jié)控制信號(hào)du使光伏系統(tǒng)工作在最大功率輸出狀態(tài)。對(duì)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(shí)，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(diǎn)；當(dāng)e（k）>0，ce（k）≥0時(shí)，p由左側(cè)遠(yuǎn)離pmpp；則du應(yīng)為正，以靠近最大功率點(diǎn)；當(dāng)e（k）<0，ce（k）≥0時(shí)，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(diǎn)；當(dāng)e（k）<0，ce（k）<0時(shí)，p由右側(cè)遠(yuǎn)離pmpp；則du應(yīng)為負(fù)，以靠近最大功率點(diǎn)。 　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(shí)，相應(yīng)輸出變量du的變化規(guī)則。由此即得出du對(duì)應(yīng)的語(yǔ)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(jì)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(jì)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(duì)應(yīng)于相應(yīng)的語(yǔ)言變量，依據(jù)表1可以判斷出輸出變量du對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言變量，該語(yǔ)言變量在隸屬度函數(shù)中對(duì)應(yīng)的數(shù)值區(qū)間的中心值即為ui。μ（ui）是對(duì)應(yīng)于ui權(quán)值，由隸屬度函數(shù)決定e、ce對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的語(yǔ)言變量的權(quán)值根據(jù)max-min方法計(jì)算得到。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

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(dòng)環(huán)節(jié)等組成，以此實(shí)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(cè)、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(diǎn)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(guò)直流電壓中環(huán)的電壓調(diào)節(jié)來(lái)搜索光伏電池的mpp，從而使并網(wǎng)光伏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)mppt運(yùn)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(guò)matlab/simulink對(duì)光伏電池進(jìn)行建模并封裝，光伏電池的光照強(qiáng)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(shí)現(xiàn)，pwm模塊采用dds算法來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變器輸出電流對(duì)電網(wǎng)電壓的相位跟蹤。

4.2 仿真結(jié)果

在仿真過(guò)程中，算法采用ode23tb，仿真時(shí)間設(shè)置為4s，采樣周期設(shè)置為為5e-7s。圖6為當(dāng)太陽(yáng)光照強(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)，并且比較穩(wěn)定；而擾動(dòng)觀測(cè)法則在0.45s處才能跟蹤到最大功率點(diǎn)，并且由于存在一定的擾動(dòng)步長(zhǎng)而未真正達(dá)到最大功率點(diǎn)，使得輸出功率穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近的某功率值處。

圖6 光照突變條件下的最大功率點(diǎn)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(guò)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(shí)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(diǎn)處。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)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(diǎn)跟蹤方法的缺點(diǎn)后，提出了基于模糊控制的最大功率點(diǎn)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(qiáng)度變化時(shí)，系統(tǒng)能迅速穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)處，提高系統(tǒng)的動(dòng)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(jì)算機(jī)仿真，2005.

[2]曹旭陽(yáng).獨(dú)立光伏路燈系統(tǒng)mppt控制器設(shè)計(jì)[d].青島：中國(guó)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(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(yáng)能發(fā)電越來(lái)越具有研究?jī)r(jià)值。光伏電池板作為太陽(yáng)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(gè)峰值，如圖1中的藍(lán)線。這個(gè)工作點(diǎn)稱為最大功率點(diǎn)（MPP）。輸出曲線的形狀受溫度和照度影響，最大功率點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生漂移，最大功率追蹤（MPPT）的目的是使工作點(diǎn)始終保持在最大功率點(diǎn)上，無(wú)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(shí)現(xiàn)最大功率追蹤的電路器件是DC/DC變換器。DSP對(duì)光伏電池輸出端的電參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并通過(guò)算法計(jì)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(shí)現(xiàn)最大功率追蹤。

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

在光伏板受到不均勻光照時(shí)，P-I曲線出現(xiàn)了多峰值，如圖1的紅線。這時(shí)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(diǎn)，P&O法可能使工作點(diǎn)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(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；最大功率跟蹤控制；仿真

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(yáng)能發(fā)電具有不枯竭、方便、清潔、無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)，尤其在廣大邊遠(yuǎn)地區(qū)，充分利用其優(yōu)勢(shì)，對(duì)建立獨(dú)立可靠的能源供應(yīng)系統(tǒng)有著重大的意義。太陽(yáng)能和風(fēng)能在轉(zhuǎn)換過(guò)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(shí)間變化分布上有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，只有揚(yáng)其兩能各自之長(zhǎng)，補(bǔ)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(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間上的互補(bǔ)性使得風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源分布上具有很好的匹配性[1-2]。

1 獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、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(dú)立運(yùn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制

最大功率跟蹤（MPPT）控制實(shí)際上就是一個(gè)尋優(yōu)的過(guò)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(shí)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(guò)控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速在不同風(fēng)速下向最佳轉(zhuǎn)速變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本文采用最大功率給定法，通過(guò)調(diào)節(jié)Buck變換器的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)最大功率跟蹤控制。

對(duì)于定漿距風(fēng)力機(jī)在最佳葉尖速比λopt時(shí)對(duì)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(yùn)行在最佳葉尖速比λopt，風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速推測(cè)風(fēng)力機(jī)最大輸出功率，將此推測(cè)功率作為發(fā)電機(jī)功率的給定，以比較所得的誤差信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出，通過(guò)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(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制。發(fā)電機(jī)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(gè)系統(tǒng)不使用機(jī)械傳感器，有利于提高系統(tǒng)可靠性。

通過(guò)測(cè)量風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速推測(cè)風(fēng)力機(jī)的最佳葉尖速比，進(jìn)而可以得到風(fēng)力機(jī)的最大輸出功率，將該最大輸出功率作為發(fā)電機(jī)功率的給定，與系統(tǒng)輸出的實(shí)際功率通過(guò)PID調(diào)節(jié)后產(chǎn)生PWM信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)DC/DC變換器的占空比進(jìn)行阻抗變換，實(shí)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(dòng)觀測(cè)法，通過(guò)調(diào)節(jié)Buck變換器的占空比來(lái)實(shí)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(qiáng)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(diǎn)處，首先要確定最大功率點(diǎn)在光伏電池伏安特性曲線上的位置[5]。

圖3 最大功率點(diǎn)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(qiáng)的I-V輸出特性曲線即圖中所示實(shí)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(diǎn)為a，即為系統(tǒng)的工作點(diǎn)，輸出功率P0=I0V0。顯然，對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載阻抗Z，負(fù)載特性斜率不同，工作點(diǎn)有所不同，光伏電池在工作點(diǎn)上的輸出功率P0也不同。如圖所示，系統(tǒng)最大功率點(diǎn)為等功率曲線與系統(tǒng)輸出特性曲線的交點(diǎn)，即b點(diǎn)，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(diǎn)，但a點(diǎn)的輸出功率P0小于最大功率點(diǎn)b點(diǎn)處的功率Pm。DC/DC變換器具有變換阻抗的作用，通過(guò)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(diǎn)從a點(diǎn)移到b點(diǎn)，使系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)b處，即光伏電池工作在最大功率點(diǎn)上或附近的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制。

如圖4所示，在MPPT控制過(guò)程中，首先施加給定電流Iref的擾動(dòng)量，然后檢測(cè)IPV，VPV的值，根據(jù)功率變化情況確定擾動(dòng)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(guò)PWM方式調(diào)節(jié)DC/DC占空比，如此循環(huán)往復(fù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制。在擾動(dòng)過(guò)程中，如果擾動(dòng)步長(zhǎng)大，則跟蹤速度快，但可能在最大點(diǎn)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(zhǎng)太小，可以有效減小在最大功率點(diǎn)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(shí)，有可能偏離最大功率點(diǎn)，實(shí)時(shí)跟蹤效果較差。因此，合理設(shè)置擾動(dòng)步長(zhǎng)對(duì)于跟蹤最大功率點(diǎn)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(bǔ)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(gè)子系統(tǒng)提供電能，控制器通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)子系統(tǒng)的Buck電路的占空比，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電兩個(gè)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(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)仿真的目的是借助仿真環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)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(jìng)爭(zhēng)性。對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)主要部件進(jìn)行建模，然后將它們連接起來(lái)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(qiáng)度變化趨勢(shì)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(shí)處于最大功率跟蹤控制狀態(tài)。

4 結(jié)論

風(fēng)光互補(bǔ)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(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏陣列、蓄電池組、Buck變換器、控制器和負(fù)載組成。為了實(shí)現(xiàn)小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化及可靠運(yùn)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(guò)仿真研究驗(yàn)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(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)研究提供了參考和借鑒。

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最大功率范文第5篇

關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)；LabVIEW；變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀測(cè)法

中圖分類號(hào)：TK89文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.3969/j.issn.10036199.2017.01.006

1引言

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

我國(guó)地域遼闊，海岸線3.2萬(wàn)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(guó)的青睞，成本也越來(lái)越低。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，風(fēng)力發(fā)電成本將會(huì)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(duì)其最大功率點(diǎn)進(jìn)行追蹤，使其可以保持在最大功率點(diǎn)輸出。

常見(jiàn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法主要有最佳葉尖速比法[3][4]、功率信號(hào)反饋法[5][6]和擾動(dòng)觀察法[7][8]等。最佳葉尖速比法控制原理簡(jiǎn)單，需要預(yù)先知道風(fēng)機(jī)的最佳葉尖速比λ，同時(shí)還需要安裝測(cè)速儀對(duì)風(fēng)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)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(hào)反饋法控制原理簡(jiǎn)單，風(fēng)力機(jī)輸出功率的波動(dòng)也相對(duì)較小，由于需要測(cè)量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和預(yù)先準(zhǔn)確地測(cè)得風(fēng)力機(jī)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(dòng)法不需要測(cè)量風(fēng)速及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，也不需要預(yù)先測(cè)得風(fēng)力機(jī)的最大功率曲線，但步長(zhǎng)的選擇是一大難點(diǎn)，當(dāng)步長(zhǎng)較大時(shí)最大功率跟蹤速度快，但在最大功率點(diǎn)附近會(huì)出現(xiàn)較大的功率振蕩；步長(zhǎng)較小時(shí)，最大功率點(diǎn)附近的功率振蕩會(huì)顯著減弱，但系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境變化的響應(yīng)能力會(huì)變差。為了彌補(bǔ)以上問(wèn)題，使用改進(jìn)的擾動(dòng)法對(duì)風(fēng)力機(jī)的最大功率點(diǎn)進(jìn)行追蹤。

LabVIEW具有良好的人機(jī)交互界面、計(jì)算機(jī)圖形化顯示可以讓研究人員更清楚的看出風(fēng)力機(jī)的最大功率點(diǎn)進(jìn)行追蹤的實(shí)時(shí)情況，而其本身是圖形化編程語(yǔ)言，且提供各種接口總線和常用儀器的驅(qū)動(dòng)程序，用戶可將其與測(cè)量硬件連接，方便地完成信號(hào)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(tái)對(duì)風(fēng)力機(jī)最大功率點(diǎn)進(jìn)行追蹤。

2風(fēng)力機(jī)最大輸出功率追蹤設(shè)計(jì)的原理

3穩(wěn)定輸出最大功率的控制策略

4LabVIEW仿真設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，即將風(fēng)力機(jī)的各部分控制模塊設(shè)計(jì)成子VI。該風(fēng)力機(jī)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(gè)模塊編程后進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，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(duì)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(duì)風(fēng)速進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并作為一個(gè)輸入變量，并與上次的風(fēng)速變量進(jìn)行運(yùn)算比較，由差值來(lái)判斷風(fēng)速變化情況，進(jìn)而對(duì)風(fēng)速變量進(jìn)行調(diào)整，并決定是否把觸發(fā)信號(hào)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(shí)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(dòng)觀測(cè)法，但是傳統(tǒng)擾動(dòng)法步長(zhǎng)是固定的，當(dāng)步長(zhǎng)較大時(shí)最大功率跟蹤速度快，但在最大功率點(diǎn)附近會(huì)出現(xiàn)較大的功率振蕩，從而無(wú)法做到對(duì)最大功率點(diǎn)的跟蹤；步長(zhǎng)較小時(shí)，最大功率點(diǎn)附近的功率振蕩會(huì)顯著減弱，但系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境變化的響應(yīng)能力會(huì)變

4.3風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)前面板

風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)模型主要實(shí)現(xiàn)參數(shù)修改及波形監(jiān)控的功能，建立一個(gè)的虛擬風(fēng)力機(jī)模型，風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)主界面主要通過(guò)按鈕開關(guān)啟動(dòng)，開關(guān)啟動(dòng)后，風(fēng)機(jī)半徑及風(fēng)速的數(shù)據(jù)傳送給風(fēng)力機(jī)控制模塊，最后計(jì)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(jī)半徑為0.8 m，風(fēng)速為7 m/s的情況下，風(fēng)機(jī)開始啟動(dòng)到最大功率點(diǎn)的過(guò)程，其中曲線1為加入了改進(jìn)擾動(dòng)法的風(fēng)力機(jī)輸出功率曲線；曲線2為無(wú)控制算法的風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)仿真曲線；曲線3為加入了傳統(tǒng)擾動(dòng)法的風(fēng)力機(jī)輸出功率曲線；BC段為風(fēng)速上升到8 m/s時(shí)的仿真曲線，從圖中可看出，無(wú)控制算法的風(fēng)力機(jī)在風(fēng)速變化的情況下會(huì)突變，這對(duì)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(jī)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(shí)的仿真曲線，無(wú)控制算法的風(fēng)力機(jī)由于風(fēng)輪轉(zhuǎn)速過(guò)大，已經(jīng)有下降的趨勢(shì)，當(dāng)風(fēng)速降低時(shí)，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(jī)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(guò)程可以看出，使用傳統(tǒng)擾動(dòng)法的曲線3存在著明顯的振蕩，而運(yùn)用改進(jìn)擾動(dòng)法的曲線1穩(wěn)定地輸出功率，而且輸出功率的波動(dòng)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(shí)，數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定。仿真結(jié)果顯示改進(jìn)擾動(dòng)法對(duì)風(fēng)力機(jī)最大功率點(diǎn)追蹤是穩(wěn)定有效的。

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