文摘

这项工作的首要目标是确定的一些性能参数描述一个特定的行为光伏(PV)面板中通常不提供制造商的规范。这些发展中一个简单的模型提供了基础的电气行为光伏面板。接下来,使用这个模型,不同太阳辐射的影响,温度、系列和分流电阻,部分阴影光伏面板的输出。此外,光伏面板模型用于配置一个大型光伏阵列。接下来,提高变换器的光伏面板设计。这个转换器是将面板和负载之间为了控制它通过一个最大功率点跟踪翻译(MPPT)控制器。翻译的MPPT使用基于增量电导(公司),并证明,这种技术不响应准确太阳能辐照时增加。调查,修改后的增量电导技术提出了。表明这个系统响应准确,降低了稳态振荡太阳能辐照时增加。最后,模拟传统和修改算法进行比较,结果表明,修改后的算法提供了一个准确的反应突然增加太阳能照射。

1。介绍

光伏系统产生的能量取决于各种参数、环境温度和辐照度或光伏面板的内部参数,即系列和分流电阻(1,2]。因此,负载对输出功率(自己的特点3]。因此,为了预测和分析这些参数对光伏发电的影响,光伏面板模型之前应该研究和实现,这个模型应该按照光伏面板的真正态度。因此,在文献中提出了不同的模型。在[4),一个二极管模型;在[5],two-diode模型说明的影响提出了运营商的重组;在[6),一个模型的三个二极管用于现在的影响被忽视的two-diode模型。然而,single-diode模型是最采用由于其良好的简单性和准确性7]。此外,光伏电池板制造商只提供一些特性。但其他特征模型所需光伏面板数据表中错过,光电流,二极管饱和电流,该系列和并联电阻,理想因子(8]。因此,在[7,9,10),研究者提出不同的方法提取缺乏特征基于数据表的值,但这些方法需要实现这可以增加在光伏应用程序的开发时间。因此,本文首先提取制造商的数据表中缺少参数MathWorks[提供的通过使用一个简单的工具11),然后光伏面板模型。single-diode模型用于这个工作,因为它给出了一个折中精度高和简单12),和一些研究人员用他们的作品(13,14]。此外,这项工作显示参数的影响可能改变光伏面板的性能。然后,这个模型将会是一个平台,设计一个光伏阵列。

另一方面,光伏发电的最大化始终是一个重大的挑战。翻译研究者提出不同的MPPT算法光伏功率最大化,即FSCC, FOCV,模糊逻辑、神经网络、P&O,和公司(15,16]。FSCC和FOCV翻译简单的MPPT算法,基于线性的短路电流和开路电压最大功率点电流或电压。然而,这些技术隔离光伏面板测量短路电流和开路电压。因此,损失的能量是由于周期性增加隔离的面板17]。另外,翻译模糊逻辑和神经网络获得一致的MPPT技术由于其治疗光伏面板的非线性的能力。但模糊逻辑的主要缺点是,这个算法的有效性在很大程度上取决于选择合适的误差计算和一个适当的规则库(18]。此外,神经网络提出了许多缺点的事实数据所需的训练过程必须专门为每一个光伏阵列和获得的位置,同时,光伏特性随时间变化,所以必须定期训练神经网络(18]。另一方面,P&O和公司主要是使用。这些技术使用()光伏面板的特征。P&O,稳态振荡发生在MPP发现由于扰动由这种技术保持MPP,进而增加力量的损失(19]。对公司来说,这是成立于斜坡的事实最大特点是零的力量,从理论上讲,没有扰动MPP后发现。因此,振动是最小化。然而,在实现中,零值是很难发现的斜率由于数字处理的截断误差特征。因此,公司的技术可以使一个不准确的响应辐照时突然增加(20.]。也因此,这项工作的目的是提出和实施公司修改算法,可以克服错误的响应由传统公司算法辐照度时突然增加。因此,这项工作提出了一种新的技术来检测太阳能辐射的增加。电压的变化(∆V)和电流(∆我)是用来确定辐照而不是斜率(∆的增加P/∆V)的的特点。修改后的算法检测辐照度的增加,使一个正确的决定。此外,一个小错误接受承认斜率是接近零,减小稳态振荡。

本文的结构如下。介绍后,部分2介绍了光伏面板和数组的建模,提出了不同的环境和内部参数的影响。部分3提出了提高转换器的设计,传统的算法,该算法。

2。建模的光伏面板和数组

2.1。光伏面板模型

如图1,光伏面板的single-diode模型可以由一个源和一个二极管光电流与系列和并联电阻。光伏面板的数学模型可由下列方程(19]:

因此,光伏面板的物理行为取决于并联和串联电阻,太阳能辐射和温度。因此,在这项工作中,这些参数对输出的影响光伏面板的调查。

这项工作中所使用的面板是MSX-60面板,和如表所示1光伏面板的数据表只提供光伏面板的一些特征。因此,其他特征模型所需光伏面板数据表中错过,光电流,二极管饱和电流,该系列和并联电阻,理想的因素。因此,研究人员提出了不同的方法来提取缺乏特点的基础上,数据表(7,9,10]。但是这些方法需要实现这可以增加在光伏系统的开发时间。因此,这项工作的目标是首先提取这些参数通过使用一个简单的工具提供的MathWorks“光伏阵列;后者是在仿真软件2015或更高版本11]。因此,如图2,我们只需要设置数据表的值并自动生成缺少参数。

方程(1),(2)和(3)建模利用PSIM(电力电子仿真软件)和图3介绍了PSIM模型。

图4显示了和实验曲线和PSIM模型下失学。实验数据P(V),我(V)从生产数据表(21]。了,模型数据都按照实验数据在当前和功率曲线。

2.2。太阳辐射变化的影响

图3包含三个方程的模型:其中一个方程计算光电流基于温度和辐照度(2)。模型方程呈现在图5,图6礼物和为不同的太阳能辐射值曲线。

提出了图6当前,光伏面板在很大程度上依赖于太阳照射。然而,电压增加只要1 V一旦辐照度从400 W / m²1000 W / m²。因此,辐照度变化影响严重光伏面板电流。

2.3。温度变化的影响

图3包含的建模(3),它基于温度计算二极管饱和电流。这个方程的模型图所示7,图8显示了和温度的曲线为不同的值。

一般来说,如图8时,对于一个固定的太阳能辐射和温度的增加,开路电压下降和短路电流增加而有点价值。因此,温度的变化会影响强烈光伏面板电压。

2.4。系列电阻变化的影响

串联电阻的值非常小,它在某些情况下可能会被忽视。然而,任何光伏面板的合适模型,建议这个电阻的变化,显示其影响光伏面板的输出。如图9串联电阻的变化结果在MPP的偏差。

三个值的模拟是由串联电阻(1 mΩ4 mΩ,8 mΩ)。此外,如图9、上串联电阻的值减小输出功率。此外,提出的填充因子(4)降低串联电阻的增加(22]。

2.5。分流电阻变化的影响

提出了图10,R_上海应该很大很好的填充因数。事实上,当R_上海很小,目前的崩溃更强烈,那么权力的损失高,和填充因子很低。因此,R_上海任何光伏面板应该足够大的效率。

2.6。阴影的影响

局部阴影也带来了对光伏输出功率产生重大影响。日晒时收到的光伏面板的一部分(阴影细胞)小于日晒收到的另一部分(照亮细胞),当前由发光细胞生成大于当前产生的阴影细胞;这种不匹配使得阴影细胞的二极管反向偏置;因此,电能损失的阴影细胞和可能导致一个热点问题,是光伏面板永久性损伤的原因(19]。因此,为了克服这个问题,旁路二极管可以连接与光伏电池(19]。

模拟阴影的影响,旁路二极管与每个字符串相关联的面板,它应该提到的面板使用包括两个字符串,每个字符串是一组18细胞。因此,如图11,第一个字符串是暴露于1000 W / m²和第二个字符串由700 W / m²。

在统一的辐照下,旁路二极管没有影响,因为它们相对地有偏见。但在阴影下,电流流经旁路二极管代替阴影字符串因为旁路二极管直接有偏见,因此,不会迷失在权力阴影细胞和只照亮细胞产生动力。图12光伏面板上的显示了旁路二极管的作用特点和呈现,多个山峰上可能发生曲线;在这种情况下,有两个峰值点,这是全球峰值和B点当地的高峰。因此,翻译传统的MPPT算法无法追踪全球峰值是真正的MPP [19]。

2.7。光伏阵列

从模型中获益,光伏阵列的18个光伏电池板已建成以供应太阳能泵站,不研究。因此,如图13、三串六光伏电池板与并行,每组由六板系列。

光伏阵列模型取得了在PSIM仿真结果呈现在图14。

提出了图14并行,电池板连接增加当前面板连接在系列增加电压。然而,正如在前一节中所讨论的,这个板之间的连接可能会导致热点问题时收到的日晒光伏阵列的一部分(阴影面板)小于日晒收到的另一部分(照明面板)。

3所示。修改公司算法,提高转换器

光伏面板提供了和曲线显示在图15;这些曲线突出一个地方的权力是最大的。正如上面介绍的,这一点取决于太阳辐射和温度。此外,正如在图15总的来说,从MPP负载的特点是不同的。因此,提高变换器控制的一种责任周期(α)翻译生成的MPPT控制器面板和负载之间的(23]。这个增加的利益是删除面板和负载之间的不匹配,然后可以在MPP光伏面板。

3.1。提高变换器的设计

图16介绍了提高变换器的电路;这个转换器作为源和负载之间的适配器24]。

这个转换器的工作原理是由以下方程描述25]:

通过使用(5),(6),这是阻力之间的关系被光伏面板(R_情商)和负载电阻(R)。我的翻译,因此,基于这个方程,MPPT控制器可以找到最优α删除加载和MPP之间的不匹配。因此,提高变换器需要得到最大功率可以从面板。

3.1.1。电感的选择

电感的选择可以直接影响提高转换器的性能。此外,电感的选择是其成本之间的权衡,其大小和电感纹波电流。更高的电感值的结果在一个小电感纹波电流;然而,导致更高的成本和更大的电感的大小,这意味着更大的PCB表面。

顺便说下,电感值可以得到如下:

在T_在状态, 在∆我_l可以计算如下,r电感电流纹波比,这是最佳的范围[0.3,0.5][26]:

因此,最优电感值可以计算使用

基于图17,为了保证的性能提高变换器在连续导电模式,下列方程必须验证:

因此,

3.1.2。选择输出的电容器

输出电容器的选择是由使用输出电压纹波如下:

在T_在,

因此,输出电容值可以计算如下,期望的∆的地方V_O等于2%的输出电压(24]:

3.1.3。输入电容的选择

一个输入电容器用于降低输入电压纹波和提供一个替代电感电流。输入电压纹波匹配电容的充电电压在充电阶段,在这个阶段,我_Cin大于零,所以这一阶段是蓝色区域的图吗18;因此,这个区域是用来计算的输入电容如下:

基于图18,通过使用(14):

因此,输入电容可以计算(16),所需的∆V等于输入电压的1% (27]:

增加了用于表的设计2。

3.2。问题与传统的算法

翻译一个很好的MPPT算法跟踪速度和稳态性能之间的平衡。按照这些要求,公司算法可以使用,即使它可能会失败在某些情况下(20.),在这项研究中,它将被修改,以改善其性能。公司算法是建立在事实的斜率在MPP(特点是零28]。因此,该算法可以被建模如下:

自 然后,

公司算法的流程图如图19(28]。该算法测量电流和电压的面板。如果(21),工作周期增加,反之亦然(如果20.)是满足。然后,如果没有(19)是满足。因此,从理论上讲,如果MPP,没有更多的扰动α;因此,稳态振动降低,公司的主要优势的算法。

然而,传统的公司算法无法做出一个好的决定,当辐照度是突然增加20.]。提出了图20.一旦太阳辐照度在500 W / m²在load_2和光伏系统运作,公司的技术控制光伏系统以达到MPP (B点)。当辐照度增加到1000 W / m²,load_2将系统G点特点,C点匹配的特点。公司技术计算点C和B点之间的斜率是正的。因此,公司算法将减少工作周期,因此,光伏面板电压将会增加。但自从MPP的1000 W / m²是一个点,点A和C之间的斜率是负的,那么光伏面板电压应该是为了达到点,减少而不是增加电压和消退从A点由传统公司的算法。此外,由于呈现在图6一般当太阳辐照度增加,MPP右移,因此,同样的问题会发生。

相反,如果太阳辐照这个弱点不发生却降低了。因为,如图20.,点A和D之间的斜率是正的,还有点B和D之间。

3.3。修改公司的算法

基于上述分析,指出,当太阳辐照度增加,电压和电流都增加了。因此,突然增加太阳能辐照可以检测到,通过检查如果达成MPP和电压和电流都增加了。因此,允许错误被接受(22达到MPP)检测。

提出的算法在图21。如图所示,添加检查如果MPP达成的使用(22),然后将Var设置为1。在那之后,当22)不满足和Var,拟议的技术检查电压和电流都增加;在这种情况下,工作周期是增加而不是减少了传统算法。因此,公司修改算法来克服传统算法的错误的决定当辐照度增加。

4所示。结果和讨论

的测试是由传统和拟议的技术。首先,太阳辐照度是突然从500 W / m²1000 W / m²在t= 0.11秒,然后从1000 W / m却降低了²500 W / m²在t= 0.23 s。图22显示了传统技术的测试结果,和图23拟议的技术显示了测试结果。因此,这些数据所示,稳态振荡是由使用该算法和最小承认一个错误等于0.07。与传统的算法,(28.5 - -29.8 W)之间的功率振荡,这可以产生一个光伏能源损失。

此外,由于呈现在图22,通过使用传统的算法,当太阳辐照突然增加,电力发散与一个值大于62 W和之后,传统的公司改变方向和发散的力量值低于56 W;这样,系统需要很长时间来收敛在MPP是由于传统技术所做的错误的决定。同时,即使达到MPP,之间的功率振荡(59 - 61 W)。另一方面,呈现在图23,该技术检测辐照度的快速增加,使工作周期的正确决定。因此,权力收敛于新MPP的第一步并保持在(60 W)。此外,它只需要0.001秒到达MPP。因此,通过使用该公司,收敛速度与传统算法相比需要更多的时间来达到边际产量。

表3提出技术的总结比较其他公司技术的提高在科学文献中提出的振动水平,跟踪效率,响应时间在辐照突然增加,如果这项技术使一个不正确的决定下辐照的突然增加。介绍,该技术显示了一个非常快的跟踪速度,更高的效率,在MPP和被忽视的振荡与其他技术相比。因此,只有该算法,提出了(29日)做一个正确的决定突然增加的照射下,与传统技术和提出的30.,31日使一个错误的决定。

5。结论

本文发现光伏面板的参数使用MathWorks工具(光伏阵列);因此,通过使用这些参数,光伏面板和光伏阵列建模,结果表明,该模型符合实验数据使用的面板(MSX-60)。此外,修改公司算法,可以克服传统的公司所面临的困惑提出了技术。结果,测试表明,改性技术检测辐照的快速增加,使一个正确的决定,与传统的技术。此外,通过使用修改后的算法,稳态振荡几乎被忽视。因此,能量的损失最小化;因此,效率是98.8%而不是96%通过传统的技术。

角度,修改公司算法可以更加提高,然后在嵌入式硬件设备来实现。

命名法

一个:	二极管的理想因素
我:	面板的输出电流(A)
我年代:	二极管饱和电流(A)
我ph值:	面板光电流(A)
G:	太阳能照射(W / m2)
K:	玻耳兹曼常量(J⋅K−1)
问:	电子电荷(C)
R:	负载(Ω)
R情商:	电阻被面板(Ω)
R年代:	串联电阻(Ω)
R上海:	分流电阻(Ω)
T:	结温(K)
V:	面板的输出电压(V)
VO:	提高变换器的输出电压(V)
我O:	提高变频器的输出电流(A)
F:	开关频率(赫兹)
∆V:	提高转换器的输入电压纹波(V)
∆VO:	提高变换器的输出电压纹波(V)
∆我l:	电感纹波电流(A)。

希腊字母

α:

责任周期。

缩写

CCM:	连续导电模式
FSCC:	部分短路电流
FOCV:	部分开路电压
公司:	增量电导
MPP:	最大功率点
MPPT:	最大功率点跟踪
背景:	扰乱和观察
PV:	光伏
STC):	标准测试条件。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。