微分平坦控制和P&O结合的光伏发电最大功率追踪

摘要

光伏发电系统的最大功率会随着外部环境的变化而改变。本文以提高光伏系统发电效率为目的，重点研究了部分遮光条件下的最大功率追踪，实现了复杂光伏阵列建模和微分平坦控制理论在光伏系统中的应用。
　　论文首先对光伏阵列建模。利用五参数法和兰伯特方程，根据厂家给出的光伏电池参数求出光伏电池的输出特性。构建了光伏阵列的工作矩阵，依靠牛顿-拉斐逊法求得输出电压在光伏电池上的分配方式，求得阵列输出电压对应的电流，实现了部分遮光条件下的光伏阵列建模。
　　其次研究了常见的最大功率追踪法。用变步长的思想对扰动观察法和电导增量法进行改进。用曲线拟合法获取模糊控制器所需的参考电压。将粒子间的阶跃改为斜坡函数以缓解粒子群算法的功率振荡。
　　再次，建立了基于boost电路的光伏系统，利用定义证明该系统为微分平坦系统，选择了输入端电容的电量为平坦输出量，使用二阶控制器对参考平坦轨迹进行跟踪，实现了对光伏阵列输出电压的直接控制。
　　最后，基于对微分平坦控制和一般MPPT法的研究提出了一种简化的微分平坦控制和自适应步长扰动观察法结合的控制方法。该方法只需采样光伏阵列输出电压和电流就能实现复杂条件下的最大功率追踪。仿真结果证明该方法能正确检测外部环境变化，能有效避免陷入局部最大功率点，能快速、准确、稳定地追踪最大功率点。