最大功率范文

导语：如何才能写好一篇最大功率，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

一、光伏电池的最大功率跟踪

光伏电池在进行光电能源转化和电流输出的过程中，输出的电流总量和效率普遍受到周围环境多方面影响。一般情况下光伏发电设备只有在一定条件的温度和光照强度下才能保证光伏电池稳定地输出，当电池工作达到某个特定的电压时能就可以实现光伏电池功率的最大输出，也就是达到了光伏电池功率输出曲线的峰值，这个点也被称为光伏电池的最大功率点。因此想要在进行光伏发电的过程中提高整个发电系统的整体工作效率，其中一个非常重要的方法就是对光伏电池的工作点进行全时段调整，保证光伏电池的工作始终处于最大功率点，这个工作过程就是光伏电池的最大功率点跟踪，目前的光伏电池的整体价格和相关成本都特别高，在整个光能发电系统中的整体投资中光伏电池成本占很大一部分，因此提高光伏电池的使用效率在很大程度上能够降低发电系统的整体投资总量。光伏电池在进行工作的过程中产生的电压会因为光照强度和环境温度的变化而不断发生变化，最大功率跟踪的目的就是通过控制光伏电池的最大功效点电压实现光伏电池各种环境中都能够输出最大的功率，在光伏电池最大功率的左边电池的输出功率和电压的变化成正相关，在光伏电池最大功率的右边电池的输出功率和电压的变化成反比。而在这个调试过程中就要做好调试工作，其中MPPT控制的主要作用就是当光伏电池的输出功率最大功率点在左边时会使得光伏电池的实际工作电压升高，从而逐渐无限接近输出的最大功率点。当最大功率点在电流输出点的左边时会使得光伏电池的总体电压降低，从而实现逐渐靠近最大功率点。

MPPT的工作能够实质实际上是一个自动寻找最优化输出点的工作过程，通过光伏电池矩阵寻找最佳电流和电压的组合，以此得到最佳的排列功率输出从而和之前的功率进行比较，这样反复进行比对，知道找出该组电池的最大功率点。通过寻找不同的方法进行最大功率输出点进行测量，选择的方法要根据实际的环境情况和试验设备进行确定实际采用的研究方法，在无法确定试验数据的时候可以通过仿真的试验来进行试验，本文中使用的方法在最大程度上避免了最大功率输出值测定时产生的震荡和总体能量流失，从而实现了电路启动过程中最快速和最稳定的最大功率输出跟踪，提高光伏电池的工作效率。

二、结束语

篇2

1电源的最大功率问题

电源的功率是P电源=EI，由于电源电动势E一定，故只要电流I有最大值时就有电源最大功率.由闭合电路欧姆定律有I=ER+r，故当R+r最小即R=0 （即将电源直接短接）时有最大电流Imax，此时电源功率有最大值P电源-max=E2r，此时电能全部转化为电源内阻r的内能，由于电源内阻r一般很小，故此时电源的热功率较大，电源发热厉害，很容易烧毁，这就是电源为何不能短接的根本原因.

2电源的最大输出功率两类问题和一般性条件

电源的输出功率是指电源的路端电压U与干路电流I的乘积即P=UI，根据能量守恒电源输出功率也等于电源的功率与电源内阻消耗的热功率之差即

P=EI-I2r.

（1）无定值电阻的纯电阻电路

如图1所示，电动势为E，内阻为r，滑动变阻器R.对于此类无定值电阻的电路，其电源最大功率的求解可以从负载R及电流I两个角度分别利用数学知识进行求解.

①从负载R的角度求解

电源的输出功率：

P=UI=I2R=（ER+r）2R=E2R（R-r）2+4Rr

=E2（R-r）2R+4r.

由上式可以看出，当负载电阻等于电源内电阻时（R=r），电源有最大输出功率Pmax=E24r；

当R

当R>r时，P随R的增大而减小；因此才可以定性绘出如图2所示的P-R图，对于每一个小于Pmax的功率P值总有两个电阻R1、R2.

这种方法是参考书常用方法，对于数学知识储备有限的高中生而言，只能定性地理解电源的输出功率P随电阻R的变化关系，不能精确地描绘出P-R图象，因而由P-R函数表达式过渡到P-R图的直观化表达具有一定的思维跳跃度，而这一阶梯往往成为学生理解的难点.为了有效化解这一思维难点，我们尝试从电流I的角度进行理解.

②从电流I的角度求解

P=P总-P内=EI-I2r（1）

由学生熟知的数学知识可知这是一个关于电流I的一元二次方程，其P-I函数图象如图3所示，对称轴为

I0=E-2（-r）=E2r，

此时电源有最大输出功率

Pmax=E・E2r-（E2r）2r=E24r.

再由R总=2r，及R总=R+r，可知R=r时电源有最大的输出功率.

结合图3学生比较容易理解：

当I=ER+r>I0=E2r时，电源的输出功率P随I的减小而增大；即当R

当I=ER+r≤I0=E2r时，电源的输出功率P随I的减小而减小；即当R>r时，电源的输出功率随R的增大而减小.

（2）含定值电阻的纯电阻电路

如图4所示，电源电动势为E，内阻为r，定值电阻为R0，滑动变阻器为R，其最大阻值为Rmax.为方便分析，我们接下来的几种类型的最大功率问题都采用这个电路图.

电源的输出功率

P=P总-P内=EI-I2r，

由（1）式可知，理论上当R总=2r，即R+R0=r时电源有最大输出功率，然而电源内阻r与定值电阻R0的大小关系并没有确定，因此在实际问题中需要分情况讨论：

若定值电阻R0≤r，则当R=R0-r时电源有最大输出功率Rmax=E24r；

若定值电阻R0>r，则由P-I图象可知当I=ER0+r+R靠近I0=E2r时有最大输出功率；

而R0+r+R>2r，功率随R0+r+R的增大而减小；

故当R=0时电源有最大功率Pmax=E2R0R0+r；

当R=Rmax（即I=ER0+r+Rmax）时电源有最大输出功率Pmax=E2RmaxR0+r+Rmax；

（3）电源最大输出功率的一般性条件

以上讨论的都是纯电阻电路中电源的最大输出功率问题，那如果外电路是含电动机的非纯电阻电路，其电源的最大功率又该如何求解呢？

如图5所示，电源电动势为E，内阻为r，AB两点间的电路可能含有电动机，设路端电压为U，则电源的输出功率为

P=IU=E-UrU=-1r（U2-EU）

=E24r-1r（U-E2）2.

故当U=E2（即当R外=r）时电源就有最大输出功率Pmax=E24r，但在一些具体电路中无论怎么调节外电路也不能实现U等于E2.从上面（2）的分析即可看出此结论的成立并不是对所有的电路都成立.不过我们还是可以得出电源最大功率的一般性条件：对于所有的电源电动势为E、内阻为r的电路（含非电阻电路），只要能通过调节滑动变阻器R能实现U=E2 （即R外=r）时，则当U=E2 （即R外=r）时，电源有最大输出功率Pmax=E24r，如不能实现R外=r时，只有当R外满足R外-r的绝对值最小时电源有最大的输出功率.

3定值电阻的最大功率问题

对于定值电阻的最大功率问题，我们可以采用“电流最大法”.如图4所示，定值电阻的功率为：

P=I2R0=（ER0+r+R）2R0，

故当滑动变阻器R=0时，定值电阻有最大功率

Pmax=E24（R0+r）.

4可变电阻的最大功率问题

如图4所示，我们可以采用等效电源法，可变电阻R的最大功率实质上与等效电源（E，R0+r）的最大输出功率完全相同（如图6），因此可变电阻的功率为

P=P总-P内=EI-I2（R0+r）；

若Rmax>R0+r，则当R=R0+r时电源有最大输出功率Pmax=E24（R0+r）；

若Rmax

Pmax=E2RmaxR0+r+Rmax.

综上所述，对于闭合电路的最大功率问题，首先应分清楚是纯电阻电路还是非纯电阻电路；其次应明确是求哪个元件的最大功率.然后再采用相应的方法：

（1）电源的最大功率问题、定值电阻的最大功率问题采用“电流最大法”.

篇3

【关键词】光伏发电；MPPT；恒压法；导纳法

1.引言

随着社会经济的不断发展，地球上不可再生资源也在不断的减少，能源枯竭阻碍着人类的发展，对此人们在努力地寻找新能源。太阳能是理想的新能源，它取之不尽、用之不竭，而且作为清洁能源无大气和放射性污染，具有很好的应用前景。

在对太阳能应用过程中，由于光伏电池的输出不稳定，受环境影响很大，输出效率低，因此对光伏电池输出最大功率点的跟踪显得重要。光伏电池可以工作在不同的输出电压，但只有在某一输出电压值时，光伏电池的输出功率才能到达最大功率点。使光伏电池工作在最大功率点，就是最大功率点跟踪。

目前国内外已提出固定电压法、扰动观察法、电导增量法、自适应算法等多种MPPT算法，这些算法各有各的优点，也都存在不足。本文以恒压法和导纳法为例，分析其基本原理后，分别对其进行系统仿真，得出相应的输出曲线。

2.光伏阵列输出特性

光伏阵列由多个单体太阳能电池串并联封装而成，是光伏发电系统的能源供给中心。太阳能电池等效电路如图1所示。

图1 太阳能电池等效电路

图2 光伏阵列输出I-U曲线

其中：

式中，为光伏阵列电流，即光伏效应产生的原始电流；为反向饱和流；q为电子电荷；n为二极管因子，当温度强300K时，n=2.8；K为玻耳兹曼常数；为阵列串联等效电阻；Rs小为光伏阵列并联等效电阻。

由于光伏阵列可以工作在不同的电压下，其输出功率由输出电压决定，根据光伏阵列输出电压电流曲线，如图2所示，光伏阵列工作输出功率为虚线围成的面积。

根据光伏阵列输出P-V曲线，如图3所示，在输出电压Umax时，就会输出最大功率Pmax，即在M点处为光伏阵列最大功率输出点，且是唯一点。因此可以通过对光伏阵列输出点电压的控制，从而实现最大功率的跟踪。

图3 光伏阵列输出P-V曲线

3.MPPT控制方法分析

基于不同环境下光伏电池输出特性，有3种方法可以实现最大功率点跟踪，即恒定电压法（CV）、扰动法（PO）、导纳法（IC）；CV法基于光伏电池最大工作点电压在不同光强下基本不变的特点，控制电池电压保持恒定。当日照强度较高时，诸曲线的最大功率点几乎都分布在一条垂直线的两侧，这说明光伏阵列的最大功率输出点大致对应于某一恒定电压，这就大大简化了MPPT的控制设计，即人们仅需从生产厂商处获得数据Vmax，并使阵列的输出电压钳位于Vmax值即可，实际上是把MPPT控制简化为稳压控制，这就构成了CVT式的MPPT控制。采用CVT较之不带CVT的直接耦合工作方式要有利得多，对于一般光伏系统可望获得多至20%的电能。基于恒定电压法的跟踪器制造比较简单，而且控制比较简单，初期投入也比较少。但这种控制方式忽略了温度对开路电压的影响，以常规的单晶硅光伏电池为例，当环境温度每升高1℃时，其开路电压下降约为0.35～0.45%，具体较准确的值可以用实验测得，也可以按照光伏电池的数字模型计算得到。以某一位于新疆的光伏电站为例，在环境温度为25℃时光伏阵列的开路电压为363.6V，当环境温度为60℃时开路电压下降至299V（均在日照强度相同情况下），其下降幅度达到17.5%，这是一个不容忽视的影响。PO法与IC法都基于最大功率点处U-P曲线斜率为0的关系对电池电压进行扰动。PO法以为依据确定最大功率点，算法简单；但是工作点始终在最大功率点附近振荡.且该方法所用的判据在光照变化较快的情况下会导致跟踪失败。IC法在的基础上推导出的判据，可以更好地适应快速变化的环境条件，避免跟踪失败，准确性更高，但是算法较复杂，跟踪效果依赖于精密的测量结果，对测量电路要求高。

4.系统仿真

系统结构图如图4所示：

图4 系统结构图

根据光伏阵列输出特性，即：

搭建光伏电池仿真模型内部结构，由于光伏电池输出曲线是非线性的，将光伏电池仿真模型进行封装，得到系统仿真结构图如图5所示。

图5 系统仿真结构图

在光伏电池模型搭建好后，再输入端给定输入信号温度T（假设为25℃）和光照强度（设定为阶跃输入信号，初始值为500kw/m2，0.15s时发生阶跃变化，设定值变化后值为1000kw/m2），得到恒压法和导纳法仿真结果及结果分析如下。

根据恒压法控制流程图，如图6所示，搭建MPPT控制模块，进行仿真。

图6 恒压法控制流程图

图7 恒压法仿真波形

恒压法仿真波形图如图7所示，由图可以看出，在仿真开始后，系统在大约0.05s就跟踪到最大功率，在仿真开始到0.1s是，光照强度发生变化，此后在0.5s左右跟踪系统再次跟踪到最大功率；根据图示还可以得出，恒压法在光照强度这一因素变化时，可以迅速跟踪到最大功率点约90%，但是会产生一定的波动，这会造成光伏电池输出功率的损耗。但是该控制简单，易实现，可靠性高，而且系统不会出现大的振荡，有很好的稳定性，可以方便的通过硬件实现。

对于导纳法，由光伏阵列的P-V曲线知，在最大功率点处其斜率为零，而P=VI，因此在最大功率点处有：

（1）

即：

（2）

式（2）即为达到最大功率点的条件。如果：

（3）

则光伏电池组件的工作点在最大功率点的右边，此时应减小输出电压；如果：

（4）

则光伏电池组件的工作点在最大功率点的左边，此时应增大输出电压。其控制流程图如图其仿真结果如图8所示。

在仿真输入端输入温度T=25℃，光照强度为一个阶跃变化的信号，此阶跃信号起始值为500kw/m2，在0.1s时发生阶跃变化，阶跃后值变为800kw/m2，仿真结果如图9所示，在没有发生阶跃变化时，仿真开始后0.0025s后跟踪到最大功率，在0.1s输入光照强度发生阶跃变化后，功率输出也发生变化，此时的系统也能在0.0025s时跟踪上最大功率。

图8 导纳法控制流程图

当光伏电池上的日照强度和温度变化时，其输出电压能平稳的追踪其变化，且与太阳能电池组件的特性及参数无关；但这种控制算法实现起来相对复杂，而且检测精度和速度在一定程度上会影响跟踪的精度和速度。此外，该算法对步长选择也有一定要求。

图9 导纳法仿真波形

5.结论

本文以恒压法和导纳法为例，对光伏发电系统进行最大功率点的跟踪算法进行了分析，并仿真，结果均表明该控制方法能快速有效的实现最大功率点跟踪控制，验证了所分析的MPPT控制策略的正确性和可行性，有较高的理论和实际价值。

参考文献

[1]赵争鸣，刘建政，孙晓瑛，等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京科学出版社，2005.

[2]周德佳，赵争鸣，吴理博，等.基于仿真模型的太阳能光伏电池阵列特性的分析[J].清华大学学报：自然科学版，2007，47（7）：1109-1112.

[3]王桂英，史金玲，纪飞，王欢，等.光伏并网发电的最大功率点跟踪算法研究[J].2010，7.

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（贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 550025）

【摘　要】介绍了光伏电池模型的工程数学模型，并在MATLAB/ SIMULINK 环境下建立了光伏电池的工程仿真模型。为了能够实现光伏电池的最大功率输出，本文介绍了最大功率跟踪的原理和方法。使用增量电导法实现最大功率点跟踪。并在MATLAB/SIMULINK 环境下搭建光伏发电系统的仿真模型进行了仿真。仿真结果表明，搭建的光伏电池波形以及最大功率跟踪控制的仿真结果证明了可行性，可以用于光伏发电系统的仿真研究。

关键词 光伏电池；最大功率跟踪；增量电导法；仿真

作者简介：张晓航（1990—），男，硕士研究生，研究方向为电力电子在电力系统中的应用。

李凯（1988），男，硕士研究生，研究方向为电能质量控制。

张卡（1989—），男，工程师。

0　引言

太阳能直接辐射到地球的能量丰富，分布广泛，可以再生，对环境无污染，而且利于方便，是国际社会公认的理想新能源。因此，最近几年太阳能光伏发电获得广泛的应用。然而，光伏电池受环境的影响比较大，比如光照强度温度等等，直接并网容易对电网造成不良影响[1]。另外，光伏电池目前所普遍采用的是晶硅材料，而晶硅材料的成本较高而且转换效率也比较低。为了减少能量功率损失，提高光照的利用效率，通常采用最大功率跟踪控制使光伏输出尽可能的达到最大功率。本文仿真所采用的是工程上所用的简化数学模型。

1　光伏电池模型

光伏电池是利用半导体材料的光生伏打效应制成的，它的输出电流及电压受温度、光照强度的影响，其中外界温度变化主要影响光伏电池的输出电压，而光伏电池的输出电流主要是由光照强度影响[2]。

本文所采用的是工程用光伏电池简化模型为：

式中，e为自然底数;b=0.5为常数；c=0.0028℃-1为标准条件下的电压稳定系数；a=0.0025℃-1为标准条件下电流温度系数；Isc、Uoc、Im、Um分别为光伏电池板短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压。本文所搭建光伏电池板simulink模型就是基于上述工程数学模型。

2　光伏发电最大功率跟踪（MPPT）及原理

本文最大功率跟踪采用的是基于Boost电路的电导增量法，电导增量法是通过改变Boost升压电路的占空比来调整光伏电池输出的电压，使之逐渐接近最大功率点的电压来实现最大功率点的跟踪。由光伏电池的功率-电压特性曲线可以知在最大功率点出有dP/dV=0的关系，此时光伏电池的工作点位于此刻最大功率点处，需要保持参考电压大小不变，使光伏电池始终工作在最大功率点处。

3　实例分析与仿真

本文所采用的光伏电池板为1000W，每块电池板的参数为：短路电流Isc=12.92A，开路电压Uoc=107.5V，最大功率点电流Im=11.42A，最大功率点电压Um=87.5V。

3.1　光伏电池板仿真

由光伏电池的工程简化模型可知，在光照与温度一定时，其输出电流为输出电压的函数。取标准光照强度S=1000W/m2，Tref=25℃，光伏组件的电压-电流、电压-功率输出特性如图1和图2所示：

由图1和图2可知，在标准状况下（光照为1000W/m2，T=25℃），光伏组件仿真开路电压Uoc=107.5V，短路电流Isc=12.92A，最大功率点电流Im=11.42A，最大功率点电压Um=87.5V，最大功率为1000W考虑到光伏组件实物的转化效率，其误差属于可接受范（下转第144页）（上接第117页）围，表明仿真曲线得出的数值与厂家给定的几个参数值基本相等，所以，所搭建的仿真模块能较好地模拟光伏电池板输出特性。

3.2　MPPT仿真分析

在标准状况1000W/m2，T=25℃的条件下，接入负载R=100Ω电阻，Boost电路输入端电容取C1=500e-5F，电感取L=3.675e-3H。输出端电容C2=2.825e-5F。

在0.5s之前，光照强度设置为600W/m2，0.5s时光照强度突然增大到1000W/m2，由仿真结果图3可以看出功率能够迅速的跟随光照强度的增加迅速达到最大功率。

4　结语

本文以光伏电池工程数学模型为基础，通过建立simulink仿真模型，将其仿真实验结果与实际情况相比较，验证了此仿真模型的正确性。最后建立基于升压电路的最大功率跟踪仿真模型，最大功率跟踪采用增量电导法，最后的仿真结果表明所搭建的模型能较好地完成对最大功率点跟踪的工作，为深入研究其特性及应用打下了良好的基础。

参考文献

［1］何道清,何涛,丁宏林.太阳能光伏发电系统原理与应用技术[M]．化学工业出版社,2012．

［2］胡长武,李国宝,王兰梦,等.基于Boost电路的光伏发电MPPT控制系统仿真研究[J].光电技术应用,2014,29(1):84-88.

［3］王厦楠.独立光伏发电系统及其MPPT的研究[D].南京:南京航空航天大学,2008.

［4］杨文杰.光伏发电并网与微网运行控制仿真研究[D].成都:西南交通大学,2008.

［5］李洁,刘蕴达.光伏电池和MPPT控制器的仿真模型[J].电源技术,2012,36(12):1836-1839.

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关键词：风力发电；直驱永磁同步风力发电机组（D-PMSG）；转速控制；桨距角控制；最大功率跟踪控制

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0046-03

风能作为一种清洁可再生能源，受到了世界各国的高度重视。为满足经济高速增长对电力供应的需求，我国发改委制定了中长期能源战略规划，力争到2020年，风电装机容量达到3000万kW将替代2200万吨标准煤，同时使我国的风电设计、制造和管理技术达到国际先进水平。因此发展风电已经是不可逆转的潮流，投资风电产业的企业目前应做的就是坚定信心，立足长运，充分研究，精心策划，积蓄力量准备迎接风电发展的到来。

一、直驱风力发电系统数学模型

直驱永磁同步风力发电系统（Directly Driven Wind Turbine with Permanent Synchronous Generator，D-PMSG）主要包括变桨距控制的风力机、永磁同步发电机（PMSG）、全功率变换器以及控制系统等四大部分。其中全功率变换器又可以分为：机侧整流器（Generator-Side Rectifier，GSR）、直流环节（DC-link）和网侧逆变器（Grid-Side Inverter，GSI）。直驱永磁同步风力发电系统结构图如图1所示：

下面介绍一下风力机的运行特性和功率调节特性。风力机输出机械功率表达式分别为：

（1）

式中表示为风速（m/s）；为空气密度，单位为（）；为风轮的扫风半径，单位为（m）；表示风能利用系数。

叶尖速比的表达式为：

（2）

根据风力机不同风速下控制策略和空气动力学特性可知风力机最大功率跟踪控制过程在切入风速到额定风速之间，将叶尖比表达式代入（1）式得：

（3）

在、、不变的情况下，由式（1）知风力机获得的机械能为的函数，而又是、的函数，由此可见，对变化的风速在确定的浆距角的情况下需要有变化的相对应，才能保证总是保持最佳叶尖速比，才能使达到最大利用系数，获得最大机械能，此时的为最佳转矩。风力机最大输出功率和最优转矩表达式为：

（4）

其中，

在最大输出功率情况下的最优转速表达式为：

（6）

由图2所示的功率特性可以看出在不同的风速下，功率曲线上有唯一的转速对应唯一的一个最大功率点，这对最大功率的跟踪提供了基本思想，一是找到不同风速下的最优转速作为参考值，控制发电机的转速跟踪最优转速，以保证风力机获得最大功率；二是通过找到不同风速下的最大机械能作为参考值，将发电机输出功率作为反馈量跟踪最大机械能，从而达到风能最大跟踪的目的。

二、不可控模型转速控制最大功率跟踪算法

基于风能的充分利用，从分析风力机运行特性出发，针对变速恒频风力发电系统的特点，研究叶尖速比控制、功率信号反馈法[4]的最大风能捕获方法，总结其优缺点，本文采用转速控制风能跟踪算法。转速控制法结合了尖速比控制法和功率控制法两种控制思想，在风速变化的情况下以保持最优尖速比为目的，根据特性关系求得指定桨距角下的参考转速指令，通过dc-dc变换器利用参考转速指令控制发电机输出功率，使得发电机转速跟踪参考转速运行。转速控制算法的优点在于控制过程简单，以保持最优尖速比为条件，得到最优参考转速为控制指令，不需要得到确切的输出功率―风速曲线，使用范围广泛，克服了功率信号反馈法的缺点。

（一）参考转速搜索算法

由图3特性关系可知当桨距角为0，在保证的最优尖速比的情况下可获得风能利用系数最大（贝兹理论极限值为0.593），通常在小于等于额定风速情况下设定桨距角为理想值0，通过控制变流器占空比改变发电机出口等效电阻，调节发电机电磁转矩跟踪参考转速值，从而捕获风力机的最大风能。

特性关系表达式[5]如下所示：

（13）

其中，为风能利用系数；为叶尖速比；为桨距角。

参考转速搜索算法的中心思想是根据特性关系表达式，在从0～15的范围内以0.01步长计算不同桨距角下利用系数的值，并进行比较获得最大风能利用系数和其对应的，在根据公式（6）可计算得到不同风速下的参考最优转速。

最优参考转速的算法流程图如图4所示，T表示尖速比，angle表示桨距角，Cp表示风能利用系数。

（二）不可控模型DC-DC升压斩波（boost）回路转速跟踪控制算法

图 5 直流连接变流器转速控制算法框图

在不可控模型中，采用转速控制算法跟踪控制风力机输出的最大功率，达到风能最大利用的目的，转速控制通过直流连接环节IGBT管导通关断的占空比调节发电机出口等效电阻，实现转速跟踪参考转速。根据图5所示，参考转速与风力机实际转速的差值经PI调节器得到直流环节输入电流的参考值，再和实际输入电流比较后通过PI调节得到PWM控制的信号波，与三角波比较后得到控制直流连接环节的boost回路的占空比，调节发电机的转速，使其能够跟踪参考转速以获得最大输出功率。

（三）桨距角控制系统

本文设计以风机转速和功率为输入信号的桨距角控制器如图6所示，对桨距角的控制分为两路：一路是通过发电机机械转速与额定机械转速的差值经PI调节；另一路通过发电机输出功率与额定输出功率的差值进行比例调节。这样，在风力机运行过程中，出现输出功率大于额定功率或转速超过额定值的情况时，桨距角控制器将调节桨距角的输出值，随着值的增加控制风能利用系数减小，使得机组运行不超过额定转速和额定功率，从而保证机组运行的安全性。

三、仿真分析

根据上面对不可控模型转速控制最大功率算法的分析在PSCAD/EMTDC中建立直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型，系统模型参数如表1和表2所示，桨距角控制系统的参数设置为：参考转速，风力机额定功率，比例系数K=2，机侧整流器控制回路参数设置为：功率环PI调节器比例参数，积分环节，d、q轴电流环节PI调节器比例参数，积分环节，仿真结果下所示：

图7是风力机的仿真结果，图7（a）是风速变化曲线，初始风速为10米/秒，t=2秒时风速跃变为13米/秒，t=4秒时风速跃变为15米/秒，t=6秒时风速跃变为17米/秒。图7（b）风力机转速曲线，在初始时风力机在风速10米/秒稳定运行，2秒时风速跃变为13米/秒，MPPT跟踪控制转速增加到额定转速，并在稳定运行，之后风速分别越至15米/秒和17米/秒，因发电机转速已经达到额定转速，此时桨距角控制系统启动调节，在这过程中保持风力机输出转速不变为1pu；图7（c）是风能利用系数随风速和风力机转速变化的曲线，风速跃变为13米/秒，由于风机惯性作用加速需要一定的时间，风能利用系数先降低后随转速不断接近最优转速而达到最大值，当风速超过13米/秒后，超过我的风速，桨距角控制系统增加桨距角使得值逐渐减小，以保持风力机运行在额定转速。图7（d）是直接功率控制最大风能跟踪功率输出曲线，在风速变化过程中，实际输出功率更正参考功率输出值变化，在风速跃变过程中，可以从图中看到实际输出功率变化情况。图7（e）桨距角控制调节过程中输出的桨距角由0度上升到，再上升到。

图8给出了发电机在风速变化时永磁同步发电机输出电压、电流、转矩和功率，可以看出在额定风速13米/秒以下时，发电机的电压、电流、转矩和功率通过变流器转速控制跟踪最大风能而变化，当超过额定风速后，它们就保持恒定值运行。

四、结语

本文结合永磁同步直驱风力发电系统的运行特性，提出了一种适用于永磁同步直驱风力发电机组的不可控变流器控制策略，在额定风速下，通过转速控制跟踪最大功率，超过额定风速后，通过桨距角控制系统使风力发电机组输出额定功率。系统仿真表明：转速控制法和桨距角控制器在风速变化过程中能够很好地追踪最大功率，达到控制不可控变流器的目标。

参考文献

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篇6

[关键词]35KV线路；最大输送功率；功率因数

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0112-01

当线路架成后，35KV线路最大输送功率受导线最大允许电流及线路允许电压损失所制约。如何根据这两个因素来确定呢？可以根据线路允许电压损失及导线最大允许电流推导出一个判别式，可用这一判别式来确定35KV线路最大输送功率。

1、负荷距

众所周知，对钢芯铝绞线或铝绞线而言，在线路电压损失率为K（一般取0

式中U――额定线电压或所在处的运行线电压KV

U――线电压损失KV

R0、XO――每千米线路电阻、电抗Ω/N

P、Q――输送有功、无功功率，与V为同一地点之值KW、

kvar

L――线路长度km

将（1）式进行变换得：

令：电压损失率k=U/U（0

则有：

2、导线的最大允许电流

导线在空气中载流量按发热条件有一最大允许值。导线按发热条件，即环境温度+25℃，最高允许温度+70℃时，在额定电压或所在处运行电压下所输送的最大功率为：

式中Pmax――按导线发热条件的最大输送功率KW

Imax――最大允许电流A

U――额定线电压或所在处运行电压KV

3、35KV线路最大输送功率

由（3）式，可得线路输送功率为：

令：（5）式等于（4）式，并考虑P=Pmax、I=Imax时，则有：

或得：

称（6）式为判别式。当按判别式（6）计算得的IImax时，可按最大允许电流求得线路最大输送功率。

4、举例

（一）已知：湖南省凤凰县阿拉镇至贵州省松桃县大兴镇的35KV输电线路采用度导线LGJ―70，允许电压损失率K=0.07，始端电压U=37KV，线间几何距2.5m，始端负荷功率因数cosφ=0.9，线路长度L=15km时，求线路最大输送功率？

解：查R0=0.45Ω/km、X0=0.40Ω/km、Imax=275A（环境温度+25℃，最高温度+75℃）

当cosφ=0.9时，计算得sinφ=0.4359，tgφ=0.4843，将有关数据代入（6）式得：

故应按允许电压损失率来计算导线最大输送功率，将有关数据代入（5）式，得：

本题若按导线最大允许电流计算（即按（4）式），可求得输送功率为15861KW，但电压损失率为K=0.087。

（二）已知：导线LGJ1―70，电压损失率K=0.06，始端电压U=36KV，线间几何距离2.5m，始端负荷功率因数cosφ=0.92，线路长L=5m，求线路最大输送功率？

解：R0=0.4540Ω/km、X0=0.40Ω/km、Imax=275A

当cosφ=0.92时，计算得sinφ=0.3919，tgφ=0.426

将有关数据代入（6）式，得：

故应按最大允许电流来计算线路最大输送功率，将有关数据代入（4）式，得：

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关键词 最大功率点跟踪；光伏发电；mppt；扰动观测法；电导增量法；

中图分类号：tm6 文献标识码：a 文章编号：1671—7597（2013）051-105-01

1 mppt概述

光伏产业是当今世界上增速最快的行业之一。为了实现环境和能源的可持续发展，光伏发电已成为很多国家发展新能源的重点，光伏发电将是未来主要的能量来源。

太阳能电池板的输出功率与电池结温，负载和日照的变化的关系十分密切，具有很强的非线性特点。在特定工作条件下，光伏阵列存在着唯一的最大功率点。如果直接应用，很难使之工作在最大功率点，无法使太阳能量得到充分的利用。为了充分利用太阳能源，通过最大功率点跟踪（mppt）的控制方法来使能量最大化以逐渐成为发展趋势。

2 常见的mppt控制方法

2.1 扰动观测法

扰动观测法（perturbation and observation method，p&o）是最大功率跟踪算法中使用最广泛的一种算法，基本思想是：首先增加或减小光伏电池板的输出电压（或电流），然后观测光伏电池输出功率的变化，根据功率变化再连续改变电压（或电流）的幅值，使光伏电池输出功率最终工作于最大功率点。

扰动观察法由于简单易行而被广泛用于mppt控制中，但随着研究的深入，该方法存在的不足之处逐渐显现出来，即存在震荡和误判的问题。

在实际应用过程中，由于检测精度和计算速度的限制，电压扰动的步长一般是一个定值，在这种情况下，就会产生震荡。当步长越小时，震荡就越小，跟踪的速度就越慢。要想达到理想的状态，就要在速度和精度做权衡考虑。

在扰动观察算法运行过程中，当工作电压达到最大功率点附近时，由于步长恒定，有些情况下，工作电压会跨过最大功率点，改变扰动方向后，工作电压再一次反向跨过最大功率点，如此往复循环，即出现了震荡，即扰动观察法的震荡问题。

当日照，温度等外界条件发生变化时，光伏阵列的特性缺陷也会跟着发生变化。而扰动算法却无法察觉到，算法还认为是在一条曲线上进行扰动观察，此时就会出现扰动方向误判的情况，即扰动观测法的误判问题。

定步长的扰动观测法存在震荡和误判的问题，使系统不能准确的跟踪到最大功率点，造成了能量损失，因此需要对上述定步长的扰动观测法进行改进。其中，基于变步长的扰动观测法可以在减小震荡的同时，使系统更快的跟踪到最大功率点；基于功率预测的扰动观测法可以解决外部环境剧烈变化时所产生的误判现象；基于滞环比较的扰动观测法在最大功率点跟踪过程中的震荡和误判这两方面均有较好的性能。

2.2 电导增量法（inc）

经过研究，最大功率点跟踪实质上就是搜索满足条件的工作点，由于数字控制中检测及控制精度的限制，以近似代替，从而影响了mppt算法的精确型。一般而言，由步长决定，当最小步长一定时，mppt算法的精度就由对dp的近似程度决定。扰动观测法用两点功率差近似替代微分dp，即从出发，推演出以功率增量为搜索判据的mppt算法。

实际上，为了进一步提高mppt算法对最大功率点的跟踪精度，可以考虑采用功率全微分近似替代dp的mppt算法，即从dp=udi+idu出发，推演出以电导和电导变化率之间的关系为搜索判据的mppt算法，即电导增量法。

由于inc法在实际数字实现时，一般用来代替，因此，当在最大功率点附近一个步长范围内搜索工作点电压时，会出现工作点在最大功率点两边震荡的情形，这就是inc法的震荡问题。当采用inc法时，在最大功率点处会出现三种工作状态：第一种工作状态为稳定在一点的工作状态（非mpp点）；第二中工作状态为两点震荡工作状态；第三种工作状态为三点震荡工作状态。

当外界辐照度发生突变时，同扰动观测法一样，使用电导增量法进行最大功率点跟踪时也会出现误判。基于以上问题，研究出了几种改进方法，其中，基于变步长的电导增量法可有效的抑制震荡问题，基于功率预测的电导增量法可有效的解决因环境变化而产生的误判现象，而基于中心差分法的电导增量法则能够减少震荡和误判的发生，有效的

提高了mpp的精度。

3 小结

本文主要对最大功率跟踪算法的原理做了简单阐述，并比较了几种常用算法的优缺点。在实际应用过程中存在的实际问题还需要做进一步研究。如能将几种算法优点有机的结合起来，取长补短，使之能满足实际需求是今后的发展方向。随着新兴能源的不断发展和各国政府的不断支持下，光伏阵列最大功率跟踪算法精度和速度的提高将来未来的发展趋势。

参考文献

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篇8

1、最大马力就是也叫最大功率，最大功率转速从字面意思看理解是发动机最大功率运行时提供的转速，发动机在输出最大功率的时候对应的曲轴转速就是最大功率转速。发动机的输出和转速有着直接的关系，在刚开始输出的时候，发动机的输出功率就会随着转速的升高而加大。

2、最大扭矩就是发动机曲轴的扭转力矩，相同传动比的车，力矩越大越有劲。最大功率是扭矩和转速在单位时间所做的功。自然吸气发动机的最大扭矩，只是在一定转速下达到最高。

（来源：文章屋网 ）

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关键词：MPPT；定电压跟踪法；扰动观测法；电导增量法

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）29-0257-03

当今世界正迅速地从工业化社会向低碳社会转化，能源利用正向可持续发展方向转变，因此发展绿色能源成为趋势。太阳能光伏发电由于其可再生性、清洁性等特点，正在发展为全世界绿色能源组成中的重要部分。

最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）技术是光伏发电高效利用的关键技术之一，同时MPPT技术是光伏发电系统中的一个通用综合性技术，涉及光伏阵列建模、优化技术、电力电子变换技术及现代控制技术等。因此，在光伏发电系统中，普遍采用MPPT技术，以求高效利用太阳能。

1变换器主电路

为了便于比较各种MPPT算法的优缺点，本文建立统一的光伏发电系统模型，如图1所示，采用Boost变换器、电阻性负载。为了便于分析几种MPPT算法最大功率跟踪的效率，Boost变换器中器件均采用理想器件。

2光伏系统的最大功率点跟踪技术

2.1定电压跟踪法

定电压跟踪（Constant Voltage Tracking，CVT）法是最早出现的光伏功率输出控制算法。在辐照度大于一定值并且温度变化不大时，光伏电池的输出最大功率时其输出电压在某一值附近，只要控制光伏电池输出电压在该电压处，即可控制太阳能电池板输出最大功率。

进一步研究发现，光伏电池最大功率点电压u。与光伏电池的开路电压Uoc之间存在近似的线性关系，即

Umpp≈k1oc （1）

其中，式1系数k1的值取决于光伏电池的特性，一般取值大约在0.8左右。

CVT算法采用PI控制器，给定值Umpp、太阳能光伏电池的输出电压Upv与PI调节器之间的关系如图2所示。

2.2扰动观测法

扰动观测法（Perturbation and Observation method，P&O）是目前最常用、也是研究最多的一种MPPT方法。其工作原理是：先让光伏池工作于一给定电压点上，随后周期性地、微小定量地增加或减少光伏电池的输出电压U或I（扰动），根据扰动量的变化的方向及光伏电池输出功率变化方向，再决定下一步扰动量的变化的方向。以此不断寻找、逼近光伏电池的最大功率点。

本文光伏发电系统的变换器采用Boost变换器，将太阳能电池的扰动量由电压U或I改换为变换器开关管的导通占空比扰动量AD，依据Boost的工作原理，扰动观测法的算法原理流程如图3所示。

2.3电导增量法

电导增量法（Incremental Conductance，INC）从光伏电池输出功率随输出电压变化率而变化的规律出发，提出的MPPT算法。

光伏电池的功率电压（P-U）曲线可以看成一个单峰值的曲线，在最大功率点出dP/dU=0。光伏电池的瞬时输出功率为

P=-IU （2）

将式（2）两边对光伏电池的输出电压u求导，则

（3）

当dP/dU=0时，光伏电池的输出功率达到最大，则可以推导出工作点位于最大功率点时需要满足以下关系

（3）

实际中以I/U近似代替dI/dU，则使用电导增量法进行最大功率点跟踪时判据为

（4）依据Boost的工作原理，INC的算法原理流程如图4所示。

3仿真分析

为了验证CVT、P&O和INC等MPPT算法有效性及跟踪效率，仿真时设置了太阳辐射强度变化及环境温度变化时太阳能电池最大功率输出跟踪效果。其他仿真参数为：仿真时间步长10-6s，采样时间步长10-4s，开关管的开关频率50kHz，开关管导通占空比扰动步长为0.001。

CVT、P&O及INC等MPPT算法借助Visual C++编程生成的动态链接库文件及PSIM的DLL模块实现，PSIM的DLL模块如图5所示。

图6、图7、图8分别为CVT、P&O和INC算法在25℃时功率跟踪波形图。

图9、图10、图11分别为CVT、P&O和INC算法在35℃时功率跟踪波形图。

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【关键词】光伏发电；最大功率点跟踪；电导增量法；变步长

Abstract：The power available at the output of photovoltaic cells keeps changing with solar insolation and ambient temperature.If the power output of photovoltaic cells is not well controlled，it will not work at the maximum point.This paper presents a variable step size incremental conductance method for tracking maximum power point in photovoltaic power systems.In this paper，simulation model of photovoltaic system’s maximum power point tracking（MPPT）is developed in the MATLAB software.The results of simulation show this control algorithm significantly improves the efficiency during the tracking phase.As compared to the tradition algorithm about MPPT in photovoltaic power systems.It is especially suitable for fast changing environmental conditions.It reduces the oscillation around the maximum power point with good dynamic and steady-state characteristics.

Key words：photovoltaic power；MPPT；incremental conductance；variable step size

1.引言

由于传统化石燃料的稀缺性和对环境的不利影响，太阳能光伏发电系统变得越来越受欢迎，太阳能的好处是可重复使用、可持续，并不会产生任何污染。然而在外界环境和负载的变化的情况下，太阳能转换成电能的效率并不高。为了在不断变化的环境下提高光伏电池的输出功率，最大功率点跟踪（MPPT）已成为光伏发电系统中一个至关重要的问题。世界各地的学者已经提出了许多最大功率点跟踪的方法[1-3]。本文应用了一种变步长电导增量法，通过仿真实验证明，当外界环境变化时，应用变步长电导增量跟踪方法与传统方法相比，减弱了最大功率点附近振荡的情况，适应能力强，具有良好的动态和稳态特性。

2.光伏电池的原理分析

典型的光伏电池等效电路图如图1所示。

图1 光伏电池的等效电路

根据光伏电池等效电路，可以得出对应的U-I方程如下[4]：

（1）

其中V和I是光伏电池的输出电压和电流；Rs和Rsh是串联和并联电阻，q为电子的电荷量（1.602×10-19C）；Np为并联连接的电池数量，Ns为串联连接的电池数量；n为光伏电池板数，k为波耳兹曼常量（1.38×10-23J），在光伏电池板的无量纲；Isc是光伏电池产生的光生电流；Tk为绝对温度；I0是光伏电池的反向饱和电流。

在式（1）中，Isc的数学表达式如式（2）所示：

（2）

其中Tr为光伏电池板的参考温度，Iscr为参考温度和辐射时的太阳能电池的短路电流。KI为光伏电池板的短路电流的温度系数，Si为太阳能辐射。Io的数学关系如式（3）所示：

（3）

Irr为光伏电池板在参考温度下的反向饱和电流；Egap为电池使用的半导体的带隙能量。在特定的参数，当RSH的值很高的情况下，理想RS的值是极小的，所以在一般工程应用时，可以把式（1）可以简化如式（4）所示[5]：

（4）

由式（4）可以推出太阳能电池功率表达式如式（5）所示：

（5）

根据式（2）-（5），并用MATLAB进行计算机仿真，在25℃以下的理想工作温度下，特性曲线可以根据太阳辐射的变化值得出。本文使用光伏电池板的型号为ET-P654200，主要参数如表1[6]所示。

表1 ET-P654200光伏电池板主要参数

型号 数值

峰值功率 200W

最大工作电压 27.21V

最大工作电流 7.36A

开路电压 32.72V

适中电流 7.86A

最大系统电压 DC1000V

短路电流温度系数 0.065%/℃

开路电压温度系数 0.346%/℃

峰值功率温度系数 -0.488%/℃

图2为太阳辐射和光伏电池板输出功率的关系，当太阳辐射下降，输出功率也下降，最佳功率点移动，因此必须通过调整设备的电压和电流来调整最优功率点，使得太阳能得到最大利用。

图2

3.电导增量法

目前，常用的最大功率跟踪方法有固定电压法，扰动观察法和电导增量法。其中，电导增量法的跟踪准确性高，在太阳辐射变化的情况下具有良好的适应能力，因此被广泛使用，本文采用此方法对光伏电池板的MPPT进行研究。

3.1 定步长电导增量法

由P-U特性曲线可知：最大功率点处斜率0，即dP/dU=0；在最大功率点左侧处，dP/dU>0；在最大功率点右侧处，dP/dU

根据这一特性，因为有：

P=IU （6）

将该式两端对U求导，则有：

（7）

（8）

由式（8）可知，光伏电池板达到最大功率点的条件为输出电导的变化量等于输出电导的负值。输出电导的变化量相等于输出电导的负值时，太阳电池工作于最大功率点（MPP），若不相等，则要判断dP/dU是否大于零。电导增量法流程图如图3所示。图3中U（k）、I（k）表示光伏电池当前的检测出的输出电压、输出电流，U（k-1）、I（k-1）表示检测到的光伏电池前一采样周期输出电压、输出电流。

图3 电导增量法流程图

3.2 变步长电导增量法

选择定步长电导增量法的不足之处在于：步长值设置得过大，会导致系统不稳定；步长值设置得过小，则会增加系统稳定时间，增加运算负担。为了提高MPPT控制的动态和稳态性能，本文提出了一种的变步长电导增量法。

变步长电导增量的控制流程图如图4所示，由图2（a）可知，光伏电池板输出功率最大时的电压约为开路电压Uoc的0.78倍。因此可以这样设定：在[0.7Uoc，0.85Uoc]区间内，步长设置得小些，而在其余区间内取较大步长，这样也能缩短震荡时间。这种方法根据最大功率点处U-P特性曲线斜率绝对值的不同，分别设置不同长度的步长，这样就有效地减小了系统在最大功率点附近的振荡，能够迅速、准确的找到最大功率点。

4.仿真及结果分析

4.1 仿真模型

为了验证变步长电导增量法的有效性，利用MATLAB/Simulink构建仿真模型，如图5所示。其中MPPT控制模块由S函数构建，实现变步长电导增量法功能，占空比增量步长分别设置为ΔD1=0.004，ΔD2=0.04，ΔD3=0.01。

4.2 仿真结果分析

在仿真中，仿真算法为ode23，采样频率为1000Hz，设置仿真条件为光照强度800W/m2，电池温度25℃。设置0.5s时太阳辐射强度突变到1200W/m2，应用本文提出的算法与定步长电导增量法对最大功率点跟踪情况进行仿真，仿真结果如图6、图7所示。

根据图6、图7可知，采用定步长电导增量法跟踪最大功率点时，在稳定状态出现较大的振荡，很难达到稳定的工作状态。变步长电导增量法相对于定步长电导增量法，可以由外界环境的变化较快的跟踪最大功率点，而且当功率接近稳定时的振荡幅度也较小。

5.结论

本文通过对光伏电池工作原理分析，针对定步长的缺陷，提出了变步长电导增量MPPT算法。并通过软件仿真分析得出，该方法跟踪精度高，在最大功率点处振荡小，能适应外界环境的变化，快速准确地追踪最大功率点。

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