光伏发电中基于拉格朗日插值法的最大功率点跟踪.docxVIP

第35卷第5期 华北水利水电大学学报(自然科学版) Vol.35 No.5 2014年10月 Journal of North China University of Water Resources and Electric Power(Natural Science Edition) 0ct. 2014 DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2014.05.019 光伏发电中基于拉格朗日插值法的最大功率点跟踪 吴志超，孟现岭，赵 地，鞠 阳 (华北水利水电大学，河南郑州450045) 摘 要：为了克服传统导纳增量法和扰动观察法存在的缺陷，提出了基于拉格朗日插值法的最大功率点跟踪方法。 该方法将定步长与变步长相结合，提高了追踪最大功率点的准确性、快速性.利用 MATLAB/Simulink 建立 仿真模型，在不同的起始电压和步长的情况下，追踪光伏电池的最大功率点.仿真结果表明：改进后的拉格 朗日插值法在最大功率点跟踪控制过程中，跟踪精确且快速. 关键词：光伏发电；最大功率点跟踪；拉格朗日插值法 中图分类号：TM615;TM715 文献标识码：A 文章编号：1002-5634(2014)05-0078-03 目前，受全球化石燃料耗尽的威胁，需要既要利 用好有限的资源又要注意环境保护，急需寻找一种 新的可再生清洁能源.太阳能作为一种新的绿色能 源，具有用之不尽，绿色无污染，不受地域资源限制 等优点.太阳能光伏发电是一种将太阳能转化为电 能的环保、安全、寿命长的新型发电技术，这种技术 正在各国广泛推广和研究. 当前光伏发电系统的前期投资比较大，能量转 换的效率也较低，这在很大程度上限制了光伏发电 的发展.为了提高光伏发电的效率，除了提高太阳能 电池的转换效率外，还可以在系统里采用最大功率 点 跟 踪 ( Maximum Power Point Tracking, MPPT)技术. 目前，现有的很多种光伏发电的最大功率点跟 踪方法(如扰动观察法、导纳增值法、遗传因子算法 等)虽各具特色，但在动态跟踪的快速性和稳定追 踪的精确度以及长期工作时寻找最优跟踪方面仍存 在不足，因此需提出新的追踪方法. 1 光伏电池输出特性 太阳能电池模型如图1所示. 由光伏效应知，太 阳光照在太阳能电池板上产生一定电流I, 经图1 模型转换得： (1) 图1 太阳能电池等效模型 式中：q 为电荷电量(1.6×10-1? C);K 为玻尔兹曼 常数；A 为二极管因子；T 为太阳能电池板的温度 值；I。为二极管的饱和电流；I, 为电池输出电流；U 为电池输出电压；Rs 和 R, 分别为等效串联电阻和 等效并联电阻 . 由式(1)进行仿真可以得图2和图3的结果 . 由图2和图3可以看出，温度主要影响电压的输出， 光照则主要影响电流的输出，都具有非线性的特点， 存在唯一的最大功率输出点.经研究可知：除一些材 料的工艺外，对最大功率点的重要影响因素是光照 强度和电池温度[-2].所以，想要光伏电池尽可能地 在最大功率点处工作，就需使用光伏电池最大功率 跟踪(MPPT) 技术 .MPPT 技术最重要是寻求合适的 MPPT算法，可以在快速变化的天气条件下有效跟 踪到最大功率点，控制光伏电池尽可能工作在最大 功率点上. 收稿日期：2014-09-17 作者简介：吴志超(1988一),男，河南新乡人，硕士研究生，主要从事电力系统规划与安全运行方面的研究. 第35卷第5期 吴志超，等： 光伏发电中基于拉格朗日插值法的最大功率点跟踪 79 Pw Pw ≤ U/V 图2 光伏电池 U-I 曲线 2 改 进 的 拉 格 朗 日 插 值 法 由光伏电池的P-U 曲线看出它是一条近似抛 物线，因此图2可以用拉格朗日插值函数来代替该 曲线.进行插值需要3个函数采样点 (xo,yo),(x?, y?),(x?,y?). 其中x 为采样点的电压值，y 为采样点 的功率值.然后进行插值，得出插值函数，对插值函 数求最大极限，得出最大功率点电压为3]: 其中 由上述插值过程可知，在进行拉格朗日插值时 需要及时跟踪计算3个有效的采样点，这就要求这 3个采样点要近似接近最大功率点才能更快速、更 准确地追踪到最大功率点.通常情况都是采用恒电 UV 图3 光伏电池P-U 曲线 压法4,取0.8倍的开路电压作为启动电压，使得光 伏电池的工作电压在最大功率点的附近，但是外界 环境条件时刻都在