文摘
本文提出了一种新型的变分数阶电导增量算法(VFOINC),结合可拓学变步长(evs)控制到最大功率点跟踪翻译(MPPT)光伏发电系统的设计。开始时的最大功率跟踪、分数阶数是选为1;良好的瞬态跟踪传统电导增量法的特点。接近最大功率点时,分数阶数被选为变量分数阶;曲线的在使用分数阶近似,所以在瞬态,系统具有良好的跟踪效果和稳定的状态。相比,实验和仿真结果表明,与传统的增量电导法(公司)和分数阶增量电导法(FOINC),这种翻译方法具有更好的MPPT效应。
1。介绍
绿色能源,包括太阳能、风能、潮汐、地热,近年来吸引了越来越多的关注。其中,太阳能是一种清洁的能源,太阳能辐射能直接转换为电能(1- - - - - -5]。目前光伏发电系统转换效率较低,成本高,和权力利益随气候条件和环境温度。有一些困难需要克服。由于非线性的光伏发电系统的功率和电压,翻译,如何使用MPPT光伏发电系统的输出效率最大化在任何气候条件成为一个重要的问题。
在实际的物理系统,许多现象反映了分数阶行为,如传热和电磁波在固体6]。太阳能电池是一种半导体材料(单一晶体硅);特征时所产生的力量光电流十字架pn结(能隙)反映了光电压的非线性特征和光电流。扩散电流之间的交互和半导体漂移电流和环境温度可以被描述为分数阶(7]。
翻译许多MPPT技术已经实现光伏发电系统在之前的文献中,如电压反馈方法,功率反馈方法,公司8- - - - - -10),扰动和观察(P&O) [11- - - - - -16]。本文提出了结合VFOINC与电动汽车(17跟踪最大功率点。导数阶数的选择开始时,最大功率跟踪,是选为1;良好的瞬态跟踪公司使用的特点。当接近最大功率点时,被选为变量分数阶;曲线的在使用分数阶近似,所以在瞬态,系统具有良好的跟踪效果和稳定的状态。实验和仿真结果表明,VFOINC + evs方法提出了使用直流/直流转换器提高到调整工作周期;公司和FOINC相比,VFOINC +电动汽车提出了可以翻译为MPPT缩短时间,所以光伏发电系统的效率增加。
2。简要介绍光伏发电系统
半导体pn结结构太阳能电池将太阳能转换为电能。许多太阳能电池的光伏面板由并联和串联连接,如图1。当前被表示为 在哪里是光伏面板的输出电流,是光伏面板的输出电压,是电子的电量,当前,是反向饱和电流,电池温度,是平行的太阳能光伏板,光伏电池板的序列号,玻耳兹曼常数,pn结系数是理想的因素。对温度很敏感,表示为 在哪里参考温度在常温(25°C),是半导体的反向饱和电流在普通温度下,能源在能源缺口,是半导体的短路电流在常温,是短路电流温度系数,辐照度。光伏发电系统的输出功率可以表示为;电压()曲线和电压()光伏发电系统的特性曲线如图所示2。
翻译的MPPT执行以达到非线性曲线的峰值点,光伏发电系统是连接到一个提高变换器,开关的工作周期是由光伏电力系统所产生的电压和电流,以翻译实现MPPT。基本结构图(11- - - - - -16转换器的图所示3。当开关”,“光伏发电系统费用通过开关电感。当开关”,“光伏发电系统释放电感能量通过二极管的负载。调整输入电压和电流周期性变化,从而改变输出电压和电流。当开关是关闭的和,目前通过电感可以表示为
责任比()的控制开关
作为一个周期电压变化的电感是0,也就是说,,输出电压方程可以得到:
翻译在多个太阳能系统MPPT方法,P&O是最广泛使用的11- - - - - -16由于结构简单和一些参数要求,和光伏发电系统的特性曲线的参数并不是必需的。然而,这种方法使用周期性扰动,因此将振荡在最大功率点,造成一些不必要的能量损失。公司提出了以克服这一缺陷。
公司基于电压()曲线的太阳能电池,满足以下方程在最大功率点之一: 在哪里和在以前的时间点捕获的电流和电压,分别和和在单位时间内电流和电压的变化,分别。然而,在翻译的过程MPPT,偏移量的大小确定的速度达到MPP和MPP到达后的扰动。这个决定取决于用户。然而,VFOINC +电动汽车(17]本文提出可以用分数阶形式的数学模型来描述太阳能电池在不同温度下的扩散现象。翻译的MPPT速度,电动汽车是用来提高跟踪速度和扰动稳定状态。
本文提出的光伏发电系统架构如图4。光伏面板连接电源的输出电压和电流直接提高转换器,使用翻译和MPPT控制信号和调整开关的工作周期脉冲宽度调制(PWM)。最后,直流-直流提升转换器连接到负载输出功率测量系统。
3所示。算法的设计和控制方法
本文使用MATLAB R2010a仿真软件构建模拟光伏电力系统架构和设计控制方法。图5本文展示了光伏发电系统仿真由。模块FOINC可以取代不同MPPTs工作周期控制不同的开关脉冲调整控制方法。
3.1。分数阶微分器
分数阶微分器通常应用于信号处理、自适应控制、主动控制、线性和非线性反馈控制。目前,许多计算提出了分数阶导数的应用;根据Riemann-Liouville的定义和Grunwald-Letnikov [18- - - - - -20.),一般可以表示为分数阶微分器 在哪里代表功能和的订单号是导数,它的值是什么时候吗,代表分数阶的物理现象,例如,传热和电磁波在固体6]。太阳能电池是一种半导体材料(单一晶体硅)。特征时所产生的力量光电流穿过pn结(能隙)反映了光电压的非线性特征和光电流。扩散电流之间的交互和漂流的半导体和分数阶的环境温度可以被描述。
3.2。变分数阶增量电导法
一般的分数阶微分器可以表示为(8);当公司使用,(7)可以表示为
如果分数阶的几何解释,可以表示成图6。是一条直线的斜率,一般的一阶导数。因此,介绍了分数阶导数的形式,大约曲线形式,指的是文献[21]。使用的结果(8)在正确的部分(7)是 在哪里,,在复平面,res表示残渣。传统公司追踪最大功率快速和分数阶微分器的曲线附近公司翻译MPP接近MPPT,稳态跟踪的效果比一般公司。因此,本文提出了使用变量导数值在图4翻译的MPPT的计算。翻译具有良好的瞬态反应MPPT和稳态MPP全面,以提高光伏发电系统的整体效率。
本文使用电压和当前和权力计算方差在捕获信号、电压和电流,,,斜率是斜率太阳能电池的电压曲线;电压和电流的变化部分的分数阶微分近似和。选择的衍生品订单号在翻译之初MPPT,是选为1;良好的瞬态跟踪特性使用的是传统的公司。当MPP临近,选择变量分数阶形式,曲线的在使用分数阶近似,所以在瞬态,系统具有良好的跟踪效果和稳定的状态。
3.3。可拓学可变步长(evs)
偏移量传统公司的翻译在MPPT决定跟踪速度和扰动MPP到达时精度。翻译传统MPPT算法相比,变步长控制逐渐增加或减少偏移量变量的步长,提高跟踪速度和稳定性。为详细的变步长控制,请参考[20.]。
随着变步长控制的可变步长附近的MPP, MPP附近会有电压扰动问题。因此,本文提出了增加了可拓学理论在变步长控制22,23推导出电动汽车。捕获的电压、功率和斜率作为参照系,这附近的最小步长可以用于扰动MPP,提高光伏发电系统的效率。控制流VFOINC +电动汽车提出了如图7。
4所示。仿真分析结果和比较
本文使用MATLAB R2010a仿真软件构建模型和控制器的光伏发电系统。这个模拟的比较不同的辐照度和温度状态和步长。图8显示的曲线测试光伏电力系统在特定的温度和辐照度,包括低压电力()曲线、电流电压()曲线,责任比(周期)(),曲线和跟踪号码。
第一个模拟辐照度条件和温度25°C;另一个条件是辐照度降低来然后减少和增加,公司FOINC, VFOINC +电动汽车进行了比较。
根据仿真结果图9,因为公司的步骤大小取决于用户的速度和准确性在一定程度上是有限的。然而,在相同的步长,INC .的瞬态跟踪速度比FOINC要好。VFOINC和电动汽车而言,图10显示了良好的瞬态的结合传统公司的跟踪效率和稳态VFOINC和电动汽车的稳定;可以看出VFOINC + evs翻译提出了具有更好的MPPT在瞬态和稳态仿真曲线。
第二个模拟条件的辐照度降低来然后减少和增加,如图11。FOINC INC, VFOINC +电动汽车进行了比较。的方差如图12。
图12显示了差异。可以看出,在模拟,系统就启动,让跟踪MPP,公司的形式是用于跟踪;逐渐减少到0.1 MPP走近时,以便系统使用公司在瞬态和使用VFOINC稳定状态。此外,在变化时,跟踪号码是1000、2000和3000年,MPP变化随着辐照度的变化;系统增加值再次提高跟踪速度和降低到0.1再当MPP临近,所以瞬态和稳态响应曲线有更好的效果。
图13显示仿真结果,图14表明公司的步骤大小还取决于用户;速度和精度是有限的在某种程度上,翻译的MPPT总是花费很长时间在变量辐照度的情况下,造成不必要的功率损耗。VFOINC + evs提出可以改善传统公司的过度追踪号码算法辐照度的变量,因此,系统具有更好的曲线。
5。实验结果
为了显示该方案在实际的太阳能电池系统的效率,提出了控制器的性能评价实验和与公司方法和FOINC方法。实验太阳能电池板的规格如表所示1。图15显示了输出功率的实验结果给出一个统一的辐照度的1000 W / m2。从结果可以看出VFOINC +电动汽车具有更好的跟踪率比传统的公司和稳态响应的也不错,有同样的效果。为了证明这个方案是健壮的辐照度,辐照度改变的结果来然后增加到如图16。我们的研究结果也与模拟结果一致。它可以证明该方法的可行性。
6。结论
本文使用VFOINC翻译为光伏发电系统+ evs MPPT控制,以提高翻译的MPPT的速度和稳态扰动INC .导数的选择订单号翻译的MPPT,是选为1;传统公司的良好的跟踪特性使用瞬态。当边际产量近似,选择变量分数阶形式;曲线的在使用分数阶近似,所以在瞬态,系统具有良好的跟踪效果和稳定的状态。根据算法的仿真结果,瞬态和稳态响应的翻译方法提出了研究光伏MPPT控制系统比那些公司和FOINC,这种翻译方法MPPT可以减少不必要的意义系统的功率损耗,以增加系统的发电效率。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。