基于变步长扰动观察法的最大功率点跟踪

基于变步长扰动观察法的最⼤功率跟踪
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1.扰动观察法原理
扰动观察法是实现光伏发电最⼤功率点跟踪最常⽤的⽅法之⼀,通过光伏电池的P-U曲线我们可以知道:随着电压正向增⼤,功率会呈现先增后减的趋势,那么在这个电压正向增⼤的过程中,功率必将出现⼀个顶峰点,这个顶峰点是在这个固定的外部条件下功率数值最⼤的点,也就是我们需要研究的的最⼤功率点,这个点所对应的功率也就是是在这个固定外部条件下光伏电池的最⼤功率,对应的电压也就是在这个固定外部条件下光伏电池的最⼤功率点电压。可是由于光伏电池所处的外部环境是不断变化的,影响电池输出的光照和温度⼀直处于动态,所以我们需要在动态环境中不断跟踪这个最⼤功率点。扰动观察法从最开始的状态开始,每⼀次都对输⼊的信号进⾏调整,不断增加或减少输⼊信号的值,然后通过判断下⼀次的输出的变化⽅向,结合输⼊的变化⽅向,得出此时运⾏的状态,从⽽判断出下⼀次改变输⼊的⽅向,然后不断循环,最终扰动到最⼤功率点附近。 我们先假定光照和温度不变,设置上次的电压和电流检测值分别为U和I,两者的乘积P也就是光伏电池的输出功率,将当前时刻的电压和电流测量值设为U1和I1,将两者乘相,得到乘积P1为当前时刻的光伏电池功率值,将电压每次调整的步长设置为△U,具体扰动过程如下:1)如果减⼩参考电压(U1=U-△U),此时若P1<P,即功率减⼩,那么此
时⼯作点的位置是在光伏电池最⼤功率点的左侧,这时应该增⼤参考电压的扰动,即U2=U1+△U。2)如果减⼩参考电压(U1=U-△U),此时若P1>P,即功率增⼤,那么此时⼯作点的位置是在光伏电池最⼤功率点的右侧,这时应该减⼩参考电压的扰动,即U2=U1-△U。3)如果增⼤参考电压(U1=U+△U),此时若P1<P,即功率减⼩,那么此时⼯作点的位置是在光伏电池最⼤功率点的右侧,这时应该减⼩参考电压的扰动,即U2=U1-△U。4)如果增⼤参考电压(U1=U+△U),此时若P1>P,即功率增⼤,那么此时⼯作点的位置是在光伏电池最⼤功率点的左侧,这时应该增⼤参考电压的扰动,即U2=U1+△U。
通过上⾯的四种情况,可以发现⼀个规律,那就是如果电压和功率的变化⽅向相同,那么就应该增⼤电压;如果电压和功率变化的⽅向相反[3],那么就应该减少电压。可以直接通过判断电压与功率乘积的正负来判断电压与功率两者的变化⽅向是否⼀致,这样就使得控制算法变得⾮常简便。在判断出变换⽅向后,也可以直接控制其占空⽐进⾏控制。由此我们可以看出,扰动观察法的控制算法并不复杂,控制概念清晰且运⾏⽅便,所以扰动观察法被⼴泛的应⽤到光伏发电的控制应⽤中。有⼀点需要注意的是,扰动的步长和初始的电压值对最⼤功率点跟踪的精度和速度都有着很⼤的影响。
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2.扰动观察法的震荡与误判问题
在进⾏扰动的过程中,很难直接精准地跟踪到最⼤功率点,往往会产⽣最⼤功率点附近震荡的现象,在跟踪到最⼤功率点附近时,⼯作点电压与最⼤功率点电压的差值若⼩于步长,那么⼯作点会直接跨过最⼤功率点直接到最⼤功率点另⼀侧的位置,此时因为判断的输⼊⽅向产⽣了变化,所以此时⼯作点会向着与上⼀步相反的⽅向移动,但是这时候⼯作点的电压和最⼤功率点的电压之间的长度还是⼩于所设置的固定步长,所以这时⼯作点将会在最⼤功率点的附近做往复运动,这也就是我们所说的扰动过程中出现的震荡问题。且如果设置的步长越⼤,震
荡幅度也会随之变得越⼤,跟踪的效果也就越差。随着外界条件的变化,光伏电池的输出特性也就会随着外界条件也跟着发⽣变化。这时候光伏电池的⼯作点序列会处于不同的P-U特性曲线,外界环境
不断变化,⽽⼯作点还按照原来的控制算法来扰动,所以可能因为实际的外界因素的情况和扰动算法不⼀致,从⽽出现扰动的⽅向与和实际功率变化⽅向并不⼀致的情况,这样就会就会出现误判。扰动观察法控制算法简单所以应⽤⼴泛,可它的弊端也慢慢地显现出来,在最⼤功率点跟踪过程中,扰动步长的选择成为了⼀⼤难题。若选⽤较⼤的步长,震荡问题则⾮常明显。随着步长的减⼩,震荡的幅度会随之减⼩,可跟踪的速率也会随之降低,所以在定步长的跟踪时,最⼤功率点跟踪的速度和精度之间便产⽣了⽭盾性。
3.扰动观察法的改进
定步长的最⼤功率点跟踪中震荡和误判的问题,造成了不必要的能量流失,为了解决最⼤功率点跟踪过程中出现的速度与精度产⽣的⽭盾性,我们可以采取变步长的改良最⼤功率点跟踪,既保证了跟踪的速率,也使得后⾯的震荡幅度较⼩,保证了跟踪的精度,减少了能量的流失。纯铝酸钙水泥
在初始状态时,先采⽤相对较⼤的步长△U1,使得系统快速的靠近最⼤功率点,然后选取⼀个固定的步长L作为参考,也就是作为步长变化的的分界点,在靠近最⼤功率点的过程中,不断计算⼯作点电ca3780
木纹扣板压U与最⼤功率点电压Um的差值,并取其差值的绝对值,当这个绝对值⼤于设置的固定步长L时,继续使⽤⼤步长△U1,当这个绝对值⼩于等于固定步长L时,此时⼯作点也就来到了最⼤功率点附近,这时将步长调整为⼩步长△U2,此时⼯作点将在最⼤功率点附近进⾏⼩幅度震荡,损失的能量就⼤幅减⼩了很多。这种变步长的扰动观察法既保证了前期跟踪的速率,也使得后期跟踪精度的提⾼。透水混凝土施工
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本文发布于:2024-09-21 20:48:00,感谢您对本站的认可!

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