文摘

翻译发展和探讨一种改进的MPPT方法与快速温度变化速度和减少稳态振荡。翻译翻译这MPPT方法可以添加许多现有MPPT算法为了提高跟踪精度和响应时间和减少功率损耗。翻译改进MPPT方法是快速、准确地跟踪最大功率点在临界温度条件下不增加实现的复杂性。温度和日晒的不同场景下仿真结果来验证该方法的优点提出了跟踪的效率和减少功率损耗在动态和稳态条件。仿真结果获得翻译翻译提出当MPPT方法是添加到不同的MPPT技术,即扰乱,观察(P&O),增量电导(公司),和修改MPP-Locus方法,表现出明显的MPP跟踪性能的增强,传统的平均效率P&O,公司,和修改翻译MPP-Locus MPPT方法在所有场景,分别为98.85%,98.80%,和98.81%,而平均效率的改善P&O,公司,和修改翻译MPP-Locus MPPT方法是99.18%,99.06%,和99.12%,分别。此外,改进的方法的收敛时间增强传统P&O,公司,和修改MPP-Locus方法是2.06,5.25,和2.57毫秒,分别;除此之外,传统的稳态功率振荡P&O,公司,和修改翻译MPP-Locus MPPT方法2、1和0.6瓦,但忽视了对于使用改进的方法。在这项研究中,选择了MATLAB / Simulink软件包为整个光伏系统的实现。

1。介绍

对电能的需求近年来一直在增加;从这个意义上说,有许多资源来生产它,但也有约束相关的生产,如污染和全球气候变暖的影响。这些约束的主要研究对发展可再生能源和无污染的能源。光伏太阳能无疑是最充足的可再生能源之一(1]。太阳能电池板,尽管他们更有效率,收益率仍很低。这就是为什么我们必须利用的最大力量,它们可以生成通过最小化能量损失。这些面板的一个重要特征是提供了最大可用功率只在一个操作点称为最大功率点(MPP),定义为一个给定的电压和电流;这个点移动根据天气条件(阳光、环境温度等)。环境温度变化的影响光伏电池的性能和效率是一个重要的影响;因此,光伏电池的性能及其与环境温度的增加效率降低。因此,性能下降的温度效应下的光伏电池在光伏电池的特性可以看出,如开路电压( ),饱和电流( ),填充因子(FF)、效率( )。根据许多研究[2,3),减少与增加而增加略有增加 。FF和减少环境温度增加时,和效率下降主要是由于降低 。此外,其他参数受温度的影响,如串联电阻( ),分流电阻( ),反向饱和电流密度( ),和理想因子( )。的变化和与温度影响效率,而成倍增加随着减少迅速。因此,这些参数控制的温度效应 ,FF,光伏电池的2]。

总之,当光伏电池的性能与温度的增加,降解能力从光伏电池中提取降解,和温度变化导致最大功率点(MPP)的变化。因此,温度的影响可以减少开发可用的最大功率的光伏电池。

提取这个点的最大功率需要跟踪机制称为MPP跟踪翻译(MPPT) [4]。因此,为了收获最大输出功率和提高整个光伏系统的效率,许多最大功率点跟踪翻译(MPPT)方法提出了在文献[5,6]。扰乱,观察(P&O) [7,8)和增量电导(INC) (9)是最常用的技术由于其低成本和容易实现。然而,这些方法显示明显的缺点,如跟踪效率低在太阳辐照的突然变化和振荡最大功率点(mmp)在稳态过程10]。源于这些基本方法,许多翻译修改MPPT控制器,如修改适应爬山(MAHC) [11),变步长电导增量(VSSINC) [12),和增量阻力(INR),已经提出。然而,瞬态操作之间的困境和稳态振荡振幅尚未完全解决(11]。此外,控制的实现变得困难(13]。并进一步可变步长等参数提出,必须确定最优参数,以确保更好的准确性(12,14]。

翻译更快和更准确的MPPT算法,如β算法(15,16),粒子群优化(PSO)算法(17,18算法[],模糊逻辑控制器方法18],MPP-Locus算法[19MPP-Locus算法[],和修改14),介绍了。翻译这些MPPT方法表现出比其他传统方法更好的效果,尤其是在不同太阳辐射条件下。

在所有现有的古典和现代MPPTs策略很少考虑温度变化的影响,这限制了他们的性能,减少了全球光伏系统的效率。许多控制计算使用翻译作为分析参数识别MPPT温度。例如,作者在裁判。20.翻译]提出了一种结合MPPT温度计算和PV冷却系统,光伏模块的温度是利用计算最优电压以谋取最大功率点(MPP)。文献[21宇宙]提出了最近出版命名变量模糊逻辑控制(VUFLC)基于25的模糊逻辑控制规则。建议翻译VUFLC-temperature MPPT方法选择伸缩因子对温度的动态变化相结合的温度系数(TC)特征PV模块以提高跟踪性能(21]。的实现复杂性是最严重的缺点提出翻译VUFLC MPPT控制器,模糊逻辑控制器需要的详细知识和大内存的实现25规则。

处理这个问题,翻译小说MPPT方法建议本文翻译可以很容易地添加到许多MPPT算法为了提高MPP跟踪效率在不同的气候条件,尤其是在温度变化下解释和讨论在我们之前发表的工作(22翻译],提出的MPPT方法容易,成功添加到之前的小说翻译出版MPPT翻译技术和仿真结果证明该MPPT方法显著提高跟踪精度和减少功率损耗,不增加实现光伏系统的复杂性(22]。

在这种背景下,本文是一个扩展之前的工作,翻译提出的MPPT方法已成功添加到翻译三个MPPT算法,也就是说,P&O,公司,和修改MPP-Locus方法(14]。采用不同情景条件下的温度和太阳辐射检查翻译性能改进的MPPT方法,使用MATLAB / Simulink策略环境。基于仿真结果,取得了更好的效率和良好的精度在使用翻译改进MPPT方法。在这方面,后者具有更高的跟踪速度,降低稳态振荡,和更好的功率损耗降低。

其余的报告如下。部分2探讨了光伏面板上的温度效应。部分3翻译介绍了MPPT方法。翻译,接下来,MPPT跟踪效率和仿真结果中描述部分4和5,分别。最后,这项研究报告的结论部分6。

2。光伏面板上的温度效应特征

光伏发电机由大量的太阳能电池,太阳能电池、光伏电池是一个装置,将光能转换为电能基于光生伏打效应的原则。光伏电池性能高度依赖于温度变化。后者会影响光伏太阳能电池产生的电力能源,光伏电压是高度依赖于温度;温度的增加会显著降低光伏电池开路电压(23- - - - - -25]。

图1显示了环境温度的影响和光伏板的曲线不同的射线。可以看到,光伏电池板输出参数之间的非线性关系和大气变量是高度依赖于日晒水平和环境温度的变化。

光伏电池短路电流( )拟线性增加的太阳辐射,而光伏电池开路电压稍有增加,和光伏电池最大电力是太阳辐射高度成正比。

随着温度增加,光伏电流略有增加,但光伏开路电压( )减少明显,如图1(一)。此外,图1 (b)表明,光伏模块的输出功率下降迅速大幅增加的温度恒定的日晒。这是明显的从图1 (b),当环境温度变化从低水平向更高水平发展,最大输出功率(MPP)产生的光伏模块下统一的强劲辐射减少。

图2显示了温度影响的最大输出功率光伏模块在不同太阳辐射,一个强大的最大输出功率下降的温度的增加明显。另一方面,高温会影响生成的权力和光伏电池的效率由于太阳能电池内部阻力的增加26]。

3所示。最大功率点搜索算法

翻译几个MPPT方法提出至今的作用是调节的责任比( )为了提取使用的电源转换器的真正MPP光伏面板。达到这一目的,当实际载重线所看到的光伏面板与负载的匹配提取可用的最大功率的光伏面板(27]。四个传统类型的直流-直流转换器主要是用于此目的,也就是说,提振,巴克Buck-Boost, Cuk转换器。为交流负载的发电系统或一般来说,使用一个逆变器直流-直流转换器后,但随着科学研究进步,一个阶段是消除,直流光伏面板的输出直接转换为交流(28]。图3显示了光伏系统的原理图直流-直流转换器。和的输入和输出电阻的直流-直流转换器,分别为(27]。

3.1。P&O方法的原则

由于其简单、易于实现、成本低、扰乱,观察翻译(P&O) MPPT方法是使用最广泛的商业光伏系统。其原理是基于PV电压扰动对提取的光伏电源的比较(29日]。如果方向是积极的变化和光伏输出电压增加,翻译的MPPT方法继续这个方向的扰动;如果光伏输出功率降低,在下一个扰动,将逆转方向(29日]。

图4显示了特点曲线,MPP,MPP的左边,是右边的MPP,和输出电压的变化范围。实现MPP,应该增加在 ,但应该减少 。在这种情况下,和不同,> 。更大的距离MPP收益率差别更大和由于扰动的存在;很难传统P&O算法在MPP消除纹波的问题。的步长扰动直接影响翻译的MPPT的性能。所有这些元素引起功率损耗(29日]。图5介绍了传统P&O方法的流程图。

3.2。公司原则方法

增量电导(INC)算法的原理来跟踪真正的MPP是基于斜率 光伏阵列的功率曲线,这是零在MPP,负在MPP的右侧,积极在MPP的左边13]。

最大输出功率 通过区分光伏输出功率对电压和设置结果为零:

这将导致

因此,通过评估的导数,可以测试光伏发电机是否操作在MPP附近或远离它:

因此,边际产量可以达到通过比较实际的电导 增量电导 如给出的流程图,如图所示6。

3.3。基于MPP-Locus翻译修改的MPPT方法原则

该方法的流程图如图表示7。最初,在“国旗翻译“设置为零,MPPT方法使用第一个条件来检测是否有突然日晒变异。如果没有突然日晒变化,传统的翻译P&O MPPT算法将被用来追踪MPP如图8(14]。否则,三个方程将用于跟踪新MPP高收敛速度14]。

3.4。翻译原则的提出MPPT方法

3.4.1。光伏系统与直流-直流变换器的特点

光伏模块由数字太阳能电池串联或并联连接,和总发电功率之和由所有个人的太阳能电池。直流-直流转换器连接在光伏模块和负载之间,如图9。翻译,然后,MPPT控制器是用于调节直流-直流转换器的工作周期以确保载重线总是穿过在MPP曲线(19]。

电压和电流的关系之间的直流-直流变换器的输入和输出所示

在哪里可以写这样的

分(4)(5),它可以派生

在光伏系统中,方程(7)可以写成

在哪里指的是电阻被PV字符串指的是负载电阻,可以通过替代责任周期计算,光伏模块的电压及电流(8)。

方程(17)可以被定义在即时( )通过

的责任周期的关系提高转换器可以派生

3.4.2。翻译改进MPPT方法

改进的方法是基于光伏面板的想法特征温度变化如图10和11。当温度上升从25°C到50°C,光伏面板操作点(OP)从点 (MPP 25°C) 随着载重线1,OP是离题太远 (MPP 50°C) (22]。

这时,光伏面板OP摄动的改进方法 新负载电阻(载重线2),后者在哪里计算(10)。在下一步中,新的责任比例的计算方法是用实际的电压 , ,和前面的电流 ,它近似前最大功率点电流(MPP 25°C) (12),因此,光伏面板OP点自动运行载重线2,可以很容易地从图所示12(22]。

最后,只有几步翻译传统的MPPT方法(P&O公司、HC等)用于跟踪新的最大功率点(MPP 50°C)。

像前面的情况下,当温度突然降低,光伏面板OP从点 (MPP 50°C) 沿着载重线3。然后,改进方法扰乱OP 通过计算载重线的电阻2使用(10)和新的工作循环使用(12)。因此,光伏面板OP操作点 ,这是新的最大功率点附近(MPP 25°C)如图12和13,最后几步翻译使用传统MPPT方法,下一个MPP可以跟踪22]。

图14翻译说明了改进的MPPT方法的流程图。最初,检测到温度情况下使用的关系(13)。如果没有温度变化,P&O或翻译公司MPPT算法将用于跟踪MPP。否则,(10)和(12)将使用的许多新MPP高收敛速度(22]。

它可以得出结论2,30.)和图1权力关系,电压及电流变化在温度变化下满足如下所示:

4所示。MPPT跟踪效率

翻译的MPPT性能已经成为制造商的一个有趣的论点。然而,没有标准,它定义翻译如何评估MPPT的性能,但在科学文献中提出了一些建议30.]。

翻译翻译静态MPPT效率的能力MPPT算法来找到并保持MPP在稳态条件下(正常的太阳辐射和电池温度),而翻译的动态MPPT翻译效率的能力是一个MPPT算法调查MPP变量条件下(30.]。翻译瞬时MPPT效率可以使用计算

翻译的平均MPPT跟踪效率给出

在哪里(我) 是使用翻译的MPPT方法提取瞬时功率(2) 是可以提取的最大理论功率的光伏模块

5。仿真结果

为了评估翻译的性能建议MPPT方法,模拟翻译翻译提出MPPT方法的比较与其他MPPT方法,也就是说,P&O, INC .,修改MPP-Locus (14),进行场景下的温度变化如图15。率改变温度从25°C到50°C到40°C比25°C到40°C到50°C到25°C;这种情况下的温度变化应用恒定辐射:1000 W / m²800 W / m²,600 W / m²。为了验证该方法的性能,整个光伏系统的MATLAB / Simulink仿真模型如图16使用包含光伏模块,提高转换器,翻译电阻负载,MPPT控制器。

1 soltech某事- 215 p光伏面板用于模拟,其电气规格如表所示1。为提高转换器包括的主要规范 , , ,和 。负载电阻是10Ω。

5.1。P&O方法和P&O-IMP方法的比较

提高翻译P&O MPPT方法的仿真结果与传统翻译P&O MPPT方法温度和恒定的场景下辐照在图所示17。该方法可以成功地跟踪性能和精度高的边际产量在不同辐照条件下温度的变化(a) 1000 W / m²,(b) 800 W / m²,(c) 600 W / m²。此外,由于其跟踪机制,跟踪速度明显快于P&O算法,翻译,值得注意的是,改进的MPPT策略能够显著降低功率损耗特别是在温度变化。此外,很明显从图17通过使用改进的翻译P&O MPPT方法,可以显著降低功率损耗在稳定状态和温度变化,尤其是温度的增加。有大量的功率损耗,这是明确的过度的权力人物17传统P&O时使用。另一方面,可以看出,在稳态稳定性好是光伏模块输出功率,电压,电流,和责任周期的boost变换器的使用改进的翻译P&O MPPT方法,而不稳定,波动存在的情况下使用传统翻译P&O MPPT算法。

图18介绍了输出功率和电压状态下稳定操作。与理论输出值(和 )。它可以表明,周围的巨大振荡MPP的稳态翻译传统P&O当MPPT方法,而改善翻译P&O MPPT策略提出了一个被忽视(轻微的)波动在MPP更好的跟踪的理论输出功率,以及高功率损失减少。此外,改进翻译P&O MPPT方法相比可以减少反应的时间翻译P&O MPPT方法根据图2.06毫秒19。

证明的有效性和鲁棒性翻译提出MPPT的跟踪策略,动态的计算(动力学)和静态的(统计)效率考虑。图20.介绍了翻译效率剖面对比P&O MPPT算法和改进翻译P&O MPPT算法的场景(条件)下温度变化与正常太阳辐射:(a) 1000 W / m²,(b) 800 W / m²,(c) 600 W / m²。

从图20.,我们可以观察到巨大的温度变化时的效率下降的情况使用传统的翻译P&O MPPT算法,瞬时效率会降到86%。此外,在稳态条件下,瞬时效率变化在99.2%到100.2%由于振荡;因此,动态和静态效率的平均值是97.92%和99.63%,分别在1000 W / m²太阳辐射、97.92%和99.81%,800 W / m²,97.99%和99.87%在600 W / m²翻译,而改善P&O MPPT方法显示温度的变化,最好的效率是95%以上在整个试验期间,在稳态操作,瞬时效率显著稳定和变化在99.9%到99.99%之间。如图20.,平均动态(动力学)和静态的(stat)效率分别为98.64%和99.9%,在1000 W / m²太阳辐射、98.64%和99.97%,800 W / m²,98.2%和99.98%在600 W / m²。

5.2。公司的比较方法和INC-IMP方法

图21显示仿真结果的比较公司方法和改进方法INC-IMP温度变化的情况下与一个常数,太阳辐射:(a) 1000 W / m²,(b) 800 W / m²,(c) 600 W / m²,很明显,良好的性能改进的翻译公司MPPT策略为MPP提供了高精度温度变化,限制了功率损耗。

从仿真结果,改进翻译公司MPPT方法提供了一个很好的跟踪MPP在仿真的时候,特别是当温度变化时,它可以显著减少功率损耗。另一方面,数字22礼物的电压和功率的比较在稳态操作更好的跟踪性能改进的翻译公司MPPT方法与MPP几稳态误差是体现。此外,从图23翻译,改进公司MPPT策略提出了一种高响应速度和更好的跟踪精度,它可以减少响应时间毫秒。

图24提出了效率剖面对比传统的翻译公司和改进公司MPPT算法与恒定太阳辐射温度变化的场景下:(a) 1000 W / m²,(b) 800 W / m²,(c) 600 W / m²。从图24,我们可以观察到最好的跟踪效率改进的翻译公司MPPT方法在温度变化的情况,在不同太阳辐射,而翻译公司MPPT算法的跟踪效率显然是受温度变化的影响,下降至85%。的翻译公司MPPT方法改善,跟踪效率是保持99.9%左右的时间如放大部分图所示24摄动,而跟踪效率,显示了一个高波动的情况下使用翻译公司MPPT方法。此外,平均动态(动力学)和静态的(stat)翻译公司MPPT方法的效率从97.94%变化到98%,从99.45%提高到99.83%,分别。另一方面,平均动态(动力学)和静态的(统计)效率从98%变化到98.64%,从99.9%提高到99.97%,分别使用改进的翻译公司MPPT方法。

5.3。比较修改MPP-Locus MPP-Locus-IMP方法方法和修改

仿真结果呈现在图25显示Mod-MPP-Locus方法的比较和改进翻译Mod-MPP-Locus MPPT方法与不同的恒定温度变化的场景下太阳能辐射1000 W / m²800 W / m²,600 W / m²,分别。结果显示明显的高跟踪性能改进的翻译Mod-MPP-Locus MPPT方法与翻译Mod-MPP-Locus MPPT方法相比,该损失由于温度变化跟踪的方向。此外,改进翻译Mod-MPP-Locus MPPT方法跟踪MPP在任何温度下容易被忽视的振荡在MPP和MPP是准确地达到温度的快速变化,而翻译Mod-MPP-Locus MPPT方法提出了一种高功率损失由于温度变化快,这显然是观察图25由巨大的过激。

图26介绍了光伏输出功率和电压的翻译翻译Mod-MPP-Locus MPPT方法和改进的Mod-MPP-Locus MPPT方法在稳态操作,与理论输出值(和 )。很明显从图26周围存在着大量振荡的理论输出值情况下的功率和电压使用Mod-MPP-Locus策略,而改善Mod-MPP-Locus策略是能够跟踪的理论输出值功率和电压与被忽视的振荡。此外,使用改进的响应时间,以防Mod-MPP-Locus减少毫秒,报道图27。

仿真结果呈现在图28显示效率剖面对比翻译翻译Mod-MPP-Locus MPPT方法和改进的Mod-MPP-Locus MPPT方法温度变化的情况下,一个正常的太阳辐射(a) 1000 W / m²,(b) 800 W / m²,(c) 600 W / m²。

由于重复失去跟踪方向,我们从图可以观察到28效率的巨大下降温度变化在使用翻译Mod-MPP-Locus MPPT方法的情况下,瞬时效率会低至83%。此外,在稳态条件下,瞬时效率在99.2%到100.2%的范围,因为不同的振荡;结果,动态和静态效率的平均值变化在不同太阳辐射从97.93%到98%,从99.51%提高到99.83%,分别。另一方面,改进翻译Mod-MPP-Locus MPPT方法展示优秀的跟踪效率在整个测试处理,特别是在温度的快速变化,其瞬时效率不断在所有条件下95%以上。此外,在稳态操作,瞬时效率显著稳定和变化在99.9%到99.99%的范围,和动态的平均值(动力学)和静态的(统计)效率在不同的射线在1000 W / m 98.64%和99.89%²、98.61%和99.96%在800 W / m²,98%和99.98%在600 W / m²,分别。

最后,表2介绍了重演的仿真结果,验证翻译提出的MPPT策略的有效性和可行性。

6。结论

翻译这项工作提出了一种改进的MPPT算法,它可以很容易地添加到其他翻译现有的MPPT算法来提高跟踪性能,特别是在温度变化。翻译的比较研究三MPPT算法,即扰乱,观察(P&O),增量电导(公司),和修改MPP-Locus,已经完成在MATLAB / Simulink仿真软件。仿真结果证明良好的贡献在温度变化的动态响应,以及稳态性能,哪里有显著改善响应时间、振荡最小化大小在MPP和跟踪效率;因此,大量的功率损耗可以显著减少。此外,翻译改进MPPT策略可以显著提高跟踪效率翻译现有的MPPT方法。

数据可用性

数据请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。