翻译简单移动平均电压增量电导MPPT方法直接在太阳辐照不均匀条件下控制方法

文摘

一个新的简单移动平均电压(SMVA)技术与固定步骤直接控制增量电导法介绍了降低太阳能光伏电压(在非均匀太阳能辐照条件下)振荡。评估和验证的性能提出SMVA方法相比,传统的固定步骤直接控制增量电导法在极端条件下,不同的场景模拟。仿真结果表明,在大多数情况下SMVA给出更好的结果比传统更具有稳定性固定步骤直接控制公司更快地跟踪系统以及减少持续振荡和具有稳态响应快和鲁棒性。稳态振荡几乎消灭了,因为非常小最大功率(MP),验证该方法适用于独立光伏系统不仅在极端天气条件下的总线电压稳定而且在整个系统的效率。

1。介绍

太阳能光伏(PV)的渗透力量集中式或分散式发电系统近年来快速发展,被认为是最有前景的发电方式之一,在所有可再生能源(RES)可持续能源发展。但由于自然环境条件和非均匀的间歇性的太阳能辐照度在太阳能发电产生巨大的波动。这是因为太阳辐照度不是甚至在非常短的时间尺度关闭位置之间高度相关的重要因素之一在太阳能发电输出的变化。研究表明,增加了太阳能光伏发电系统中地理多样性导致输出功率效率下降,有时产生热点导致损坏的太阳能电池(1]。目前电力系统运营商适应太阳能和风能变化通过存储储备来稳定输出功率水平(2]。技术有两种方法可以提高光伏发电效率的:它可能发展低成本高效率太阳能转换材料或操作光伏系统最大功率点(MPP)获得最佳的输出功率。由于太阳能电池的高成本,有必要操作的光伏阵列最大的操作点。翻译因此最大功率点跟踪(MPPT)被认为是光伏发电系统的重要组成部分,是研究人员的一个关键问题,以减少光伏阵列的非线性特征的影响(3]。

到目前为止翻译不同的MPPT算法提出了优化光伏输出功率,扰乱&观察(P&O)等4- - - - - -6),增量电导(INC) (7,8),希尔攀登(9,10),神经网络、模糊逻辑理论和遗传算法(11- - - - - -13]。的翻译,然而已经注意到,大多数的MPPT方法是由假设太阳辐照度是应用于整个光伏阵列均匀。不幸的是,太阳照射的非线性直接影响光伏特性的多个局部极大值(不匹配的问题),可以表现出对电流电压(曲线)和电压(太阳能光伏阵列的曲线)如果整个数组没有得到统一的太阳能辐射。

尽管一些研究人员已经在部分阴影条件翻译(PSC)和快速变化的太阳辐照度MPPT [14- - - - - -17],在[14与即时在线翻译),一个两级MPPT和提出了测量。翻译这MPPT很简单实现但真正需要额外的电路跟踪最大功率点(RMPP)在非均匀日晒的条件下;新颖的算法跟踪全球电力峰值(GPP)在部分阴影条件下根据若干关键的观察与直流-直流转换器加快跟踪速度前馈控制提出了(15]。翻译,以确保快速MPPT和电源转换器工作周期调制过程在局部阴影条件下和负载变化和修改增量电导(INC)算法跟踪GMPP提出了(16),修改后的增量电导算法在快速变化的太阳辐照度减少振荡太阳能模块在零水平,减轻讨论的不准确的响应(17]。

翻译在所有上述MPPT算法、增量电导(INC)和扰乱&观察(P&O)是常用的小型和大型光伏电站,因为这两个算法按照功率运行电压()PV曲线模块和优化变换器的工作周期,以确保下一个MPP相应点。P&O稳态振荡发生由于扰动不断变化的方向快速变化下保持MPP太阳辐照导致系统效率较低,有更多的功率损耗6,18]。然而,传统的增量电导法确定PV曲线的斜率不同的转换器工作周期在固定或可变步长以这种方式实现MPP和振荡在快速变化的太阳辐照度和更高的效率降低,但由于复杂算法速度慢。

讨论了非线性太阳能辐照度产生显著波动光伏输出电压()。到目前为止,没有做大量工作来减少的波动翻译终端电压的MPPT控制器直接相关优化效率和减少MPP跟踪时间。本文直接控制增量电导与电压简单移动平均(SMVA)技术。使用SMVA我们检查的可变性在不同的光伏阵列配置与太阳辐照不均匀的聚合装置输出不同的时间尺度。执行的仿真模型在MATLAB / Simulink仿真和结果提供了比较传统的固定步直接控制增量电导法。比较结果表明,该SMVA方法提供了更好的输出通过消除稳态振荡和更大的输出与响应快速、准确的太阳能辐射的变化。

节2本文概述传统和固定步骤直接控制公司,提出SMVA技术章节中讨论3。部分4是关于案例和节吗5结果进行了讨论,最后在部分6结论是。

2。翻译直接控制增量电导MPPT方法

传统传统电导增量有限公司是基于两个独立的控制回路,如图1(一)。第一个循环使用增量和瞬时电导产生错误信号,和第二个是闭环比例-积分(PI)控制器驱动在MPP根据误差为零(1)。但在实际的实施公司在太阳辐照不均匀的斜率特征曲线(在MPP)。

因此,提出了一种直接控制增量电导法(19- - - - - -21)简化控制电路,第二个循环,的比例积分(PI)控制器,消除,如图1 (b),占空比调整算法,补偿PI控制器错误检测功能,一个小的边际误差0.002是在代码中协调。现在重写(1)公司直接控制公司的固定工作周期和边际误差小,新方程出来(2): 所以,现在公司方程可以写成 在哪里报告一个错误的增量和瞬时电导。错误()是常数的基础上设置或通过试错过程(22]。但是已经观察到大边际误差提供了更快的收敛MPP但产生不必要的稳态振荡,而小边际误差产生的稳态振荡少,收敛速度慢,往往会降低系统的效率(19]。

3所示。该方法

在本文中,一个简单的移动平均电压(SMVA)技术提出了恢复振荡效应如太阳能光伏发电机电压的脉动在太阳辐照不均匀。拟议的技术是受实际简单的移动平均线(SMA)模型的优点是经常使用在金融市场形成通过减少价格波动的趋势跟踪指标。,SMVA不预测价格方向,而是定义了与滞后电压方向,因为它是基于太阳能辐射计算和平均辐射信号时间序列分析。移动平均线是一个简单的低通FIR(有限脉冲响应)滤波器常用的平滑数组的抽样数据/信号;到目前为止SMA是有效地运用不同的学者22,23)工程特性减少随机噪声的样本,同时保留一把锋利的阶跃响应和计算预测未来数据的监测值。

尽管其他几个软计算方法已经开发出来,我们可以找到在史蒂文森和波特的作品24],Hansun和Subanar [25- - - - - -27],Popoola et al。28,29日),移动平均法仍被认为是最好的方法,许多研究人员由于其从容,客观性、可靠性和实用性。

因此,SMA技术是采用减少振荡的影响在非均匀太阳能辐照条件下。提出的简单移动平均电压(SMVA)模型是由以下(4)与固定步骤翻译直接控制增量电导MPPT如图2,在那里和SMVA的输入和输出信号,分别,()移动平均线窗口的大小,该基金持有的数量的样本输入信号按定义的限制和操作的平均点的数量输入信号产生输出信号中的每个点(30.]: 一定规模的SMVA框图所示数据移动3(一个)和3 (b),()是沿着与数组大小从输入信号,编译一个元素,当前窗口中的所有元素的平均值是SMVA的输出。当计算连续值,一个新值走进总和,替换的旧值下降了每个数据点的平均邻近跨度内定义的数据点。提出SMVA模型流程图结合公司在图中进行了描述4。

提出SMVA模型计算 在技术分析中,采样点的数量是随机的。这取决于太阳辐照不均匀性的关注。SMVA的特征之一是,如果数据有间歇性波动,然后应用SMVA的时期将会消除变异(平均总是包含一个完整的周期)。如果20测量,通过是可用的,连续5-period简单的移动平均线,例如,如下: 在技术上不可能计算5-period移动平均线,直到5期的数据是可用的。这就是为什么第一次移动平均线在上面的例子中从SMVA开始₅。

在图5SMA是考虑到波动的输出信号(噪声)信号平滑后(6),10和20的数据点,它可以观察到,随着滤波器长度的增加(参数)的平滑输出增加。

4所示。案例

屋顶集中式光伏系统安装在浙江大学玉泉校区,电气工程学院大楼,是作为一个例子,如图6。事实上,安装光伏系统被认为是一个好的,因为相同的模块和面对太阳在同一角度和方向。因此照射这些面板应该是统一的。然而,一个人应该注意冷却,储水槽,和天气数据采集单元造成阴影影响相邻板如红圈可以看出。

参照ZJU屋顶光伏系统,一个3千瓦系统是由使用37-watt PV模块设计的量化分析;太阳能电池板规格如表所示1。近似是,峰值功率的光伏面板还原速度成正比阴影效果。因此,辐照度估计()普通光伏面板:1000 W / m²和()之间的阴影光伏面板768.36 W / m²和426.96 W / m²如数据所示7(一)和7 (b)。

数据显示7(一)和7 (b)、数组A, B, C和不同的辐照度特性曲线绘制在图8在多个最大功率点由于辐照度不匹配。

5。结果和讨论

验证的性能提出简单移动平均电压(SMVA)技术在太阳能辐照不均匀,MATLAB / Simulink模型如图93千瓦光伏阵列组成的直流-直流提升转换器(表2组件值给出),和一个固定的翻译步骤直接控制增量电导MPPT控制器与SMVA技术。

在模拟的第一步,一个太阳能辐照应用于非均匀辐照的光伏阵列设置为800 W / m²在年代和减少到600 W / m²在0.02秒,增加回1000 W / m²在年代;终于从800 W / m辐照降低了²600 W / m²从0.06到0.1年代,25°C恒定的温度。在传统的光伏系统光伏电压直接翻译给作为输入MPPT控制器但在拟议的模型给出了作为输入到SMVA模块如图9,并给出SMVA的输出作为输入翻译,MPPT控制器。调查和验证疗效SMVA模型的缓冲区大小(数量的抽样点)和工作周期的变化应用;仿真结果呈现在图10。

图10(一)是一种输出电压()的光伏阵列作为输入提供给SMVA模块进行平滑,减少电压波动使用后的数据点(6)和缓冲区大小和。数据10(b)和10(c)揭示波动的输出比较差异和平滑的输出提出SMVA技巧;数据10(d),10(e)10(f)放大(a)、(b)和(c)来秒,(d)之间的差异很容易观察到,(e)和(f);结果清楚地表明,该方法有效地减少波动,提高电压的稳定性。这是观察到的数据10(e)和10(f),一个较小的缓冲区大小产生更高的波动;随着缓冲区大小的增加,波动减少。

证明的有效性提出SMVA模型数据(11日),11 (b),11 (c)显示固定步骤的工作周期的变化直接控制公司、0.005和0.01的稳定提出SMVA模型,和30。在图(11日)、固定步骤直接控制公司和该SMVA责任周期不同和描述,而图吗11 (b)举例最大值点(MP)跟踪时间(),固定步公司达到议员秒,提出SMVA模型获得相同的议员和秒,分别。此外,图11 (c)给一个想法的稳定工作周期在不同公司和该SMVA之间。结果清楚地显示,提出的性能SMVA模型是更好的比传统的固定步公司与所有大小的三个步骤、0.005和0.01在稳态和动态条件和最佳工作周期达到更快的用更少的振荡。固定步公司直接控制的缺点是消除SMVA,工作周期的变化变得稳定,因为非常小在MP,根据误差绝对值的变化之间的瞬时电导增量电导。

此外,检查的有效性提出了技术在太阳能辐照不均匀,不同的场景模拟工作周期的变化、0.005和0.01,SMVA缓冲区大小是调整数量。结果如图12和13,红色的颜色是代表简单固定步骤直接控制公司的输出电压和功率和蓝线是拟议中的SMVA输出。结果显示,提出的技术的性能远优于固定步骤直接控制增量电导法不同的工作周期一步的变化。它可以很容易地观察到输出电压和功率的技术给更高的效率和更多的稳定在所有不同的步长变化直接控制公司相比,因为它的数据中可以看到12(一个),12 (b),12 (c)作为从0.001增加到0.01,(aapl . o:行情)的输出电压下降的范围从385 - 407 374 - 397伏,上限减少到10伏特和下限去11伏。在SMVA输出电压仍高于公司的范围内387 - 410伏385 - 405 5伏特的上限和下限为2伏。同样,在数字(13日),13 (b),13 (c)输出功率比较公司和提出SMVA方法可以观察到,公司的输出功率是2775至3100瓦。在同一工作周期SMVA输出功率是2825 - 3150瓦公司的输出功率是2625 - 2955,而SMVA输出功率是2750 - 3055瓦。

数据12和13表明,该简单移动平均电压(SMVA)技术翻译直接控制增量电导MPPT方法可以有效地处理动态响应速度和稳态精度之间的权衡。稳态振荡几乎消灭了,因为非常小在MPP,如图10(f)、纹波电压小于1.0伏。动态性能明显优于固定步骤直接控制公司。

此外,表3(一)和3(b)推测测量输出电压和电力公司,提出SMVA方法与不同的缓冲区大小30岁和50个工作周期的变化,0.003,0.005,和0.01为了验证结果的可重复性,相同的测试进行了三种不同的辐照度水平。可以看出,在公司和SMVA执行极其密切的责任在大多数情况下,因为小变化周期,据报道在[31日,32],小减少了稳态振荡造成的损失在MPP PV操作点的,但它使算法速度和效率的情况下快速变化在太阳能辐照和较大的步长导致更快的动力,但过度的稳态振荡,导致相对较低的效率,因为它可以很容易地看到数据12和13和表3(一)和3(b)随着工作周期变化增加至0.01,公司的输出电压和功率下降,波动增加。从上面的研究,发现在大多数情况下SMVA给出更好的结果比传统更具有稳定性固定步骤直接控制公司更快地跟踪系统在极端天气条件下减少持续振荡,并验证该方法适用于独立光伏系统不仅在极端天气条件下的总线电压稳定而且在整个系统的效率。

6。结论

本文简单移动平均电压(SMVA)技术与固定步骤直接控制增量电导法。仿真结果表明,提出的方法能够减少振荡,从而减少传统的公司面临的功率损耗算法在太阳辐照不均匀。也该方法不仅能够提高稳定和动态系统的设计效率。结论该方法准确执行,比传统的公司算法和仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金会(51490682,51490682)和浙江省自然科学基金(LR16E070001)。

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