2012
年
3
月
第
27
卷第
2
期
西安石油大学学报
(
自然科学版
)
Journal of Xi'an Shiyou University( Natural Science Edition)
Mar． 2012
Vol． 27 No． 2
064X( 2012) 02-
0089-
04
文章编号:
1673-
一种改进的光伏发电系统
MPPT
控制方法
王志敏，
张建军，
郭燕琼
(
西安石油大学
电子工程学院
，
陕西
西安
710065)
摘要:
目前光伏系统最大功率点跟踪
(
MPPT)
控制方法很多
，
介绍了
3
种常用的
MPPT
控制方法
:
固
定电压法
、
扰动观察法和电导增量法
，
并通过仿真比较了其启动时间
、
动态响应速度和稳态精度
，
在
—
该方法
此基础上提出了一种改进的
MPPT
控制方法
——
固定电压结合扰动观察法
．
仿真结果表明
，
响应速度快
，
稳态精度高
．
关键词:
光伏系统
;
最大功率点跟踪
;
固定电压结合扰动观察法
中图分类号:
TN86
文献标识码:
A
由于太阳电池输出功率随着光照强度和环境温
度的变化具有强烈的非线性
，
为了提高光伏发电效
率
，
必须实时保证太阳电池工½在最大功率点
，
即在
太阳电池工½过程中应实½最大功率点跟踪
(
Maxi-
mum Power Point Tracking，
MPPT)
［1-
2
½
．
目前
，
最大功率点跟踪方法很多
，
应用较普遍的
有固定电压法
、
扰动观察法
、
电导增量法
．
它们拥有
各自的优缺点
:
固定电压法跟踪速度快
，
½精度½
;
扰动观察法扰动步长不½兼顾动态响应速度和稳态
精度
;
电导增量法稳态精度高
，
½控制算法相对复
［3-½
5
．
杂
，
检测精度要求较高
分析比较上述
3
种方法
，
提出了一种改进方法
，
图
1
Fig． 1
太阳电池等效电路
Equivalent circuit of solar cell
对应的
I － U
½数如下:
I = I
ph
－ I
d
－ I
sh
= I
ph
－ I
0
(
e
q( U +IR
s
)
/ AkT
－
1)
－
IR
s
+ U
．
(
1)
R
sh
式中:
I
ph
为光生电流
;
I
0
为二极管反向饱和电流
;
R
sh
为太阳电池并联电阻
;
R
s
为太阳电池串联电阻
;
q
为
电子电荷
;
k
为波尔兹曼常数
;
T
为绝对温度
;
A
为二
极管系数
;
U
为太阳电池输出电压
;
I
为太阳电池输
出电流
．
设参考条件下太阳辐射强度
R
ref
为
1 kW / m
、
I
太阳电池温度
T
ref
为
25 ℃
，
sc
为太阳电池短路电
U
I
流
，
oc
为太阳电池开路电压
，
m
为最大功率点电流
，
U
m
为最大功率点电压
．
［7
½
由式
(
1)
化简太阳电池的
I － U
方程
U
]
I = I
sc
[
－ C
1
(
C
2
U
oc
－
1
)
．
1
e
2
即固定电压结合扰动观察法
．
该方法利用固定电压
法跟踪的快速性
，
½太阳电池迅速工½于最大功率
点附近，
然后采用小步长扰动观察法精确地跟踪到
最大功率点
．
1
1． 1
太阳电池
太阳电池仿真模型
根据电子学理论
，
½负½½为纯电阻时
，
太阳电池
［6
½
的实际等效电路如图
1
所示
．
(
2)
09-
收稿日期:
2011- 26
)
女
mail: chqkjwang@ 126． com
½者简介:
王志敏
(
1985-
， ，
主要从事太阳½发电装½研究
． E-
—
90
—
其中:
C
1
=
(
1
－ I
m
/ I
sc
)
e
C
2
U
oc
;
U
m
西安石油大学学报
(
自然科学版
)
(
3)
(
4)
输出功率减小
; 光强恒定时，
随着温度升高输出功率
减小
．
由此可以看出
，
光照和温度½响太阳电池的输
出特性
，
且在某一特定光照和温度下
，
存在惟一最大
功率输出点
．
C
2
=
(
U
m
/ U
oc
－
1)
/
ln( 1
－ I
m
/ I
sc
)
．
½太阳辐射
、
温度变化时
，
U － D
U
I = I
sc
1
－ C
1
e
－
1
C
2
U
oc
[
(
)
]
+ D ．
I
(
5)
2
2． 1
其中:
D
I
=
α
·
R
·D
T
+ R －
1
·I
sc
;
R
ref
R
ref
光 伏
系 统
MPPT
控 制
方 法
及 其
仿真
(
)
(
6)
(
7)
(
8)
D
U
= －
β
·D
T
－ R
s
·D
I
;
D
T
= T
c
－ T
ref
;
固定电压法
图
2
表明
，
½温度一定时
，
光伏系统
P
－
U
曲线
上的最大功率点电压几乎为一定值
，
如果将输出电
压控制在此值
，
则太阳电池近似工½在最大功率点
处
．
其仿真图½如图
4
所示
:
α
为参
考
太
阳
辐
射
强
度 下 的
电 流 变
化
温
度
系 数
(
A / ℃
)
;
β
为参考太阳辐射强度下的电压变化温度
系数
(
U / ℃
)
．
U U I
利
根据
厂
家
提
供
的
I
sc
、
oc
、
m
、
m
，
用
式
(
3)
、
(
4、
(
6)
、
7)
计 算
出
C
1
、
2
、
U
、
I
，
后 代
入
式
)
(
C D D
最
(
5)
，
即可得到太阳电池的特性方程
．
由此搭建太阳
［8-½
9
．
电池仿真模型
1． 2
太阳电池外特性
图
2、 3
给出了½太阳辐射强度和太阳电池
图
温度变化时太阳电池输出功率特性曲线
．
图
4
Fig． 4
固定电压法实现
MPPT
Implimentation of MPPT using constant voltage algorithm
该方法控制简单
，
容易实现
．
由仿真波½可以看
出
，
其启动特性很½，
启动时间为
0． 02 s，
光照突变
后可以快速跟踪到最大功率点
，
½是精度比较½
，
只
适用于小功率场合
．
2． 2
扰动观察法
扰动观察法的原理是先扰动输出电压值
，
并根
图
2
太阳电池功率随光强变化的
P
－
U
曲线
(
25℃
)
Fig． 2
P
－
U
curves of solar cell under different
light intensity( 25℃
)
据公式
P
=
UI
计算出扰动前后太阳电池的输出功
率
，
然后进行比较，
若扰动后输出功率增加
，
则下一
次向相同的方向继续扰动
;
反之
，
则向相反的方向扰
动
．
其仿真图½如图
5
所示
．
图
3
2
太阳电池随温度变化的
P
－
U
曲线
(
1 kW / m
)
Fig． 3
P
－
U
curves of solar cell under different
temperature
(
1kW / m
2
)
图
5
Fig． 5
扰动观察法实现
MPPT
由图
2、 3
可知
:
温度恒定时
，
图
随着光强减弱
Implimentation of MPPT using disturbance
and observation algorithm
王志敏等
:
一种改进的光伏发电系统
MPPT
控制方法
—
91
—
扰动观察法是比较常用的
一 种
MPPT
控 制 方
法
，
它的缺点是扰动步长难以确定
．
步长过大
，
动态
响应速度快
，
½是稳态时会出现振荡
;
步长过小
，
则
跟踪速度变慢
．
从仿真波½可以看出
，
该方法启动时
间为
0． 05 s，
光照突变后，
跟踪的速度比较慢
，
同时
出现一个大的波动
，
说明出现了
“
误判
”
现象
，
并且
稳态时出现振荡
．
2． 3
电导增量法
该方法通过比较光伏阵列的瞬时电导和电导变
化量来实现最大功率跟踪
．
根据太阳电池输出特性
曲线
P = UI
可知
，
在最大功率点处其斜率为零，
即
P = IU， /
dU
= I + UdI /
dU
=
0，
/
dU
= － I / U．
dP
dI
如果光伏阵列输出端电压和电流的检测满足精
度要求
，
则通过比较
dI
/
dU
值与负数
I / U
值½精确
地寻找最大功率点
．
½输出电导的变化量等于输出
电导的负值时
，
光伏阵列工½在最大功率点;
½电导
的变化量大于电导的负值时
，
工½点应向右移动
;
电
导的变化量小于电导的负值时
，
工½点应向左移动
．
其仿真图½如图
6
所示
．
该方法控制算法比较复杂
，
检测精度要求较高
．
由仿真图可以看出
，
电导增量法启动时间为
0． 07 s，
跟踪速度比较慢
，
½稳态时无波动
，
精度较高
．
图
6
Fig． 6
电导增量法实现
MPPT
Implimentation of MPPT using conductivity
increment algorithm
3
一种改进的
MPPT
控制方法
上述
3
种常用的
MPPT
控制方法有各自的优缺
点
．
如果½够取长补短
，
利用固定电压法跟踪快速
性
，
½太阳电池迅速工½于最大功率点附近
，
然后采
用小步长的扰动观察法进行跟踪
，
½有效减小系统
在最大功率点附近的振荡现象，
改善系统的整½性
½
．
因此提出了固定电压结合扰动观察法
．
该方法控制流程图如图
7
所示
，
本算法以
Δ
U
为
临界判断值
，
½电压变化大于
Δ
U
时
，
采用固定电压
法迅速跟踪最大功率点
，
½输出电压稳定在
U
m
;
½
图
7
Fig． 7
固定电压结合扰动观察法
MPPT
流程图
Flowchart of MPPT control by combining constant voltage algorithm with disturbance － observation algorithm
电压变化小于
Δ
U
时
，
采用小步长扰动观察法
，
同时
修改固定电压控制算法设定的参考电压为此时的
U
k
．
重复上述过程
，
直到
Δ
P
近似为零
．
仿真波½如图
8
所示
．
0．
图
8
表明
，
该方法启动特性良½
，
02 s
时进入
稳定状态
，
½光强突变时
，
经过
0． 005 s
系统重新达
到稳态
，
跟踪速度非常快
，
并且进入稳态后功率没有
出现振荡
，
稳态精度有所提高
．
因此
，
固定电压结合
扰动观察法在动态响应速度和稳态精度上½得到了
很大的改善
．
—
92
—
西安石油大学学报
(
自然科学版
)
Islanding Detection of Grid-
connected PV Power Genera-
tion System［ ． Baoding: North China Electric Power U-
D½
2010．
niversity
(
Hebei)
，
［
4½ Hohm D P，
Ropp M E． Comparative study of maximum
power point tracking algorithms using an experimental，
programmable，
maximum power point tracking test bed
［
． 28th IEEE Conference on Photovoltaic Specialists，
C½
2000: 1699-
1702．
［
5½
徐鹏威
，
刘飞
，
刘邦银
，
．
几种光伏系统
MPPT
方法的
等
．
2007，
(
5)
:
3-
41
分析比较及改进
［J½
电力电子技术
，
5．
LIU Fei，
LIU Bang-
yin， al． Analysis，
et
XU Peng-
wei，
comparison and improvement of several MPPT methods for
PV system［ ． Power Electronics，
J½
2007，
(
5)
:
3-
41
5．
［
6½
苏建½
，
½世杰，
赵为
，
．
硅太阳电池工程用数学模
等
J½
2001， 4)
:
409-
22(
412．
型
［
．
太阳½学报
，
hui， Shi- ZHAO Wei， al． Investigation
SU Jian-
YU
jie，
et
on engineering analytical model of silicon solar cells［ ．
J½
Acta Energiae Solaris Sinica，
2001， 4)
:
409-
22(
412．
［
7½
茆美琴
，
½世杰，
苏建½
．
带有
MPPT
功½的光伏阵列
Matlab
通用
仿
真
模 型
［J½
系 统
仿
真
学 报，
．
2005，
17
(
5)
:
1248-
1251．
MAO Mei-
qin， Shi- SU Jian-
YU
jie，
hui． Versatile Matlab
simulation model for photovoltaic array with MPPT func-
tion
［J½
Journal of System Simulation，
．
2005，
(
5
)
:
17
1248-
1251．
［
8½
刘翼
，
荆龙
，
童亦斌
．
基于
Simulink
的太阳电池组件建
J½
2010( 18)
:
94-
97．
模和
MPPT
仿真研究
［
．
科技导报，
JING Long，
TONG Yi-
bin． Study of PV module
LIU Yi，
and MPPT control based on Simulink
［J½
Science and
．
Technology Review，
2010( 18)
:
94-
97．
［
9½ Geoff Walker． Evaluating MPPT converter topologies using
．
a MATLAB PV model
［J½
Journal of Electrical ＆ Elec-
tronics Engineering，
2001， 1)
:
49-
21(
55．
责任编辑:
田美娥
图
8
Fig． 8
固定电压结合扰动观察法实现
MPPT
Implimentation of MPPT by combining constant voltage
algorithm with disturbance － observation algorithm
4
结
论
固定电压法启动快
，
精度½
，
一般在小功率场合
应用;
扰动观察法扰动步长难以确定
，
步长过大
，
动
态响应速度快
，
½是稳态时会出现振荡
，
而步长过
小
，
则跟踪速度变慢
．
固定电压结合扰动观察法
，
½
充分发挥固定电压法的长处
，
快速跟踪到最大功率
点附近，
后
用
小
步
长
扰
动
观
察
法
较
精
确 地
实
现
然
MPPT，
同时满足系统动态响应速度和稳态精度的
要求
．
参
考
文 献:
［
1½
周昶
．
太阳电池阵列模拟电源的研究与设计
［D½
上
．
2010．
海
:
复旦大学
，
［
2½ Trishan Esram，
Patrick L Chapman． Comparison of photo-
voltaic array maximum power point tracking techniques
［J½
IEEE Transactions on Energy Conversion，
．
2007，
22
(
2)
:
439-
449．
［
3½
杨鲁发
．
光伏并½发电系统
MPPT
和孤岛检测技术的
D½
2010．
研究和实现
［
．
保定
:
华北电力大学
( 河北)
，
YANG Lu- Research and Implementation on MPPT and
fa．
Key words:
nickel-
base alloys; pure chromium; high temperature and high pressure corrosion; electrochemical impedance spec-
troscopy; passive film; corrosion resistance
XIE Li-
1
，
hua CHEN Chang-
2
，
He-
3
，
feng LI
lin JING Feng-
2
，
Sheng-
2
(
1． Faculty of Mechanical and Oil-
jun LI
yi
Gas Storage and
China University of Petroleum
(
Beijing)
，
Beijing 102249，
China; 2． College of Sciences，
China University of
Transportation Engineering，
China; 3． Tubular Goods Research Institute，
CNPC， an 710065，
Xi＇
Shaanxi，
China) JXSYU 2012
Petroleum
(
Beijing)
，Beijing
102249，
V． 27 N． 2 p． 76-
79
Classification recognition technique of defects based on pulse magnetic flux leakage testing
destructive testing tech-
Abstract:
Pulsed magnetic flux leakage
(
PMFL) testing is an emerging and effective electromagnetic non-
and
nique， the defect classification is a key step to defect detection and evaluation． A new PMFL sensor was designed based on the prin-
ciple of pulsed magnetic flux leakage testing， the different types of the defects of standard samples were detected． The peak values，
and
zero-
crossing time and the amplitude at some frequency in frequency spectrum were selected as characteristic parameters for the classifi-
cation recognition of defects through the characteristic analysis of the transient differential signals in time domain and frequency domain．
Experiment results show that the proposed defect classification recognition method based on pulsed magnetic flux leakage testing is ef-
fective to different types of the surface defects in steel plate specimen of 10 mm thickness．
Key words:
PMFL testing; classification recognition of defect; frequency spectrum analysis; sensor
ZHANG Tao
1
，
ZUO Xian-
zhang
1
，
TIAN Gui-
2
，
yun ZHANG Yun
1
，
Jun-
1
(
1． Department of Electrical Engineering，
FEI
biao
Ordnance
Engineering College，
Shijiazhuang 050003，
Hebei，
China; 2． School of Electrical，
Electronic and Computer Engineering，
University of
Newcastle，
Newcastle NEI 7RU， K．
)
JXSYU 2012 V． 27 N． 2 p． 80-
U．
85
Design of a high-
performance all-
digital electric motorcycle control system
Abstract:
According to the technical requirements of electric motorcycle， kind of all-
a
digital brushless DC motor control system
for electric motorcycle was developed based on DSP
(
TMS320F2812) and IPM
(
IRAMY20UP60B) ． The hardware design scheme，
con-
control pattern and basic software design idea of the system are elaborated． This system is of the characteristics of simple
trol strategy，
structure，
high control accuracy，
flexible changeable control strategy， The test results of prototype showed that the system is reliable
etc．
and reasonable．
Key words:
electric motorcycle; control system; intelligent power module; TMS320F2812
WEI Min
(
College of Electronic Engineering， an Shiyou University， an 710065，
Xi＇
Xi＇
Shaanxi，
China) JXSYU 2012 V． 27 N． 2 p． 86-
88
An improved MPPT control method for photovoltaic generation system
Abstract:
A lot control methods of Maximum Power Point Tracking
(
MPPT) are proposed in the photovoltaic system currently．
Three typical MPPT control methods are described in this paper， their starting time，
and
dynamic response and steady-
state accuracy are
combining constant voltage algorithm with perturb-
observe algorithm， pro-
is
compared in the simulation． An improved control method，
posed finally． The simulation results show that the method is provided with quickly response and high steady-
state accuracy．
Key words:
photovoltaic system; MPPT; combining constant voltage algorithm with perturb- observation algorithm
WANG Zhi-
min，
ZHANG Jian-
jun，
GUO Yan-
qiong
(
College of Electronic Engineering， ＇an Shiyou University， ＇an 710065，
Xi
Xi
Shaanxi，
China) JXSYU 2012 V． 27 N． 2 p． 89-
92
Application of a hybrid genetic algorithm in the load balancing of cloud computing
Abstract:
Genetic algorithm is widely applied in solving the complicated scientific and engineering problems． But because there
dimension function， traditional GA
are many limiting factors in the application of traditional GA in solving the optimization of multi-
the
algorithm can not applied to cloud computing． Multi-
agent genetic algorithm
(
MAGA) is a hybrid algorithm of GA with multi-
agents，
whose performance is far superior to that of the traditional GA． The advantages of MAGA over traditional GA are demonstrated， then
and
MAGA is used for solving the load balancing in cloud computing by designing a load balancing model on the basis of virtualization re-
source management． Finally， experiment results prove that MAGA is able to achieve better performance of load balancing than Min_
the
min strategy．
Ⅸ
京公网安备 11010802033920号
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