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基于最优梯度的滞环比较光伏最大功率点跟踪算法

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电网技术 2012年第8期36卷 56-61页

作者：刘琳陶顺郑建辉林焱肖湘宁华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 福建省电力有限公司电力科学研究院福建省福州市350003

光伏电池的输出功率特性随着外界环境的改变而变化。为使光伏阵列得以高效利用,需要对光伏并网系统进行最大功率点跟踪。提出了一种滞环比较法和最优梯度法相结合的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)算法,它很好地克... 详细信息

光伏电池的输出功率特性随着外界环境的改变而变化。为使光伏阵列得以高效利用,需要对光伏并网系统进行最大功率点跟踪。提出了一种滞环比较法和最优梯度法相结合的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)算法,它很好地克服了最大功率点跟踪过程中的振荡和误判问题。为了验证该算法的有效性,在PSCAD/EMTDC软件平台上搭建了三相单级式光伏并网仿真系统,对常规的定步长扰动观察法和改进算法进行了仿真对比分析。结果表明:改进后的MPPT算法能有效消除直流电压的扰动纹波;当外界环境突变时,系统能快速稳定在新的最大功率点。

关键词：光伏发电最大功率点跟踪算法滞环比较最优梯度法控制策略

基于动态阻抗匹配和两步模型预测控制的最大功率点跟踪算法

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水电能源科学 2014年第10期32卷 194-198页

作者：付波张敏李波黄英伟范秀香施阳湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430068 湖北文理学院机械与汽车工程学院湖北襄阳441053 温州市供电局.浙江温州325000

为提高光伏阵列的能量利用率,提出了一种基于动态阻抗匹配(DIM)和两步模型预测控制(MPC)的最大功率点跟踪(MPPT)算法,首先建立光伏状态空间方程,计算当前时刻光伏系统动态阻抗并预测下一时刻外部阻抗,然后定义成本函数构建两步模型预测... 详细信息

为提高光伏阵列的能量利用率,提出了一种基于动态阻抗匹配(DIM)和两步模型预测控制(MPC)的最大功率点跟踪(MPPT)算法,首先建立光伏状态空间方程,计算当前时刻光伏系统动态阻抗并预测下一时刻外部阻抗,然后定义成本函数构建两步模型预测控制器,预测开关管状态控制DC/DC电路内部阻抗接近外部阻抗,从而实现光伏发电系统快速和稳定地输出最大功率,并通过Matlab/Simulink软件建立仿真模型进行验证。结果表明,该算法可行、有效,且大幅提高了光伏系统最大功率跟踪的快速性和稳定性。

关键词：最大功率点跟踪算法阻抗匹配模型预测控制光伏系统优化控制

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光伏阵列输出特性及最大功率点跟踪算法研究

光伏阵列输出特性及最大功率点跟踪算法研究

作者：蔡文成湖北工业大学

学位级别：硕士

电能在人类生活中具有重要作用,是科学技术发展、社会经济飞跃的主要动力,而以传统化石能源发电的方式既不可持续,也会对环境造成污染,因此世界各国开始发展太阳能发电等新能源技术。针对光伏阵列输出功率受环境因素影响的特点,学者提... 详细信息

电能在人类生活中具有重要作用,是科学技术发展、社会经济飞跃的主要动力,而以传统化石能源发电的方式既不可持续,也会对环境造成污染,因此世界各国开始发展太阳能发电等新能源技术。针对光伏阵列输出功率受环境因素影响的特点,学者提出各种光伏阵列最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）技术,以保证光伏阵列最大功率输出。对于光伏阵列建模研究,本文首先在光伏电池物理模型的基础上通过工程计算得出四参数工程用模型,并通过Simulink软件搭建模型进行仿真分析,根据实验结果验证了模型的正确性,得出光伏电池在不变的环境条件下呈现出单峰值的特点,分析了不同的光照强度和环境温度对光伏电池输出特性的影响规律。然后搭建了SP结构光伏阵列的仿真模型,分析了热斑效应产生的原因以及旁路二极管的作用,并在Simulink平台上进行了局部遮荫环境条件下的仿真实验,归纳出光伏阵列多峰值曲线规律,探究了不同遮荫分布对光伏阵列输出功率的影响。对于光伏最大功率点跟踪控制算法的研究,本文首先论证了可以通过调节DC/DC变换器占空比的方式实现最大功率点跟踪控制的可行性,然后具体分析了恒定电压法、扰动观测法和电导增量法这三种算法的寻优原理。针对扰动观察法在局部遮荫情况下进行最大功率点跟踪控制容易失效的缺陷,本文设计了灰狼算法-扰动观察法（GWO-P＆O）最大功率点跟踪协同控制方法,仿真结果显示GWO-P＆O应用于多峰值寻优相较于扰动观测法能够更有效的寻得最大功率。虽然GWO-P＆O能够有效跟踪多峰值最大功率,但由于灰狼优化-扰动观测法跟踪速度慢、稳定性差的缺点导致功率不停地振荡,因此本文针对该缺点,对基础灰狼算法中的收敛因子a和控制系数c做出改进,引入了动态权重调节方式来平衡局部搜索和全局搜索,并利用布谷鸟搜索算法对灰狼算法中领导狼的位置进行随机步进,避免迭代后期由于精英保留策略导致灰狼算法陷入局部最优,设计了改进灰狼优化-布谷鸟（MGWO-CS）混合算法,将其运用到光伏最大功率点跟踪控制中。为了验证算法的可靠性,本文设置了三种不同的环境条件,并与灰狼（GWO）算法、布谷鸟（CS）算法和GWO-P＆O方法进行对比仿真,实验结果表明MGWO-CS算法跟踪速度快、寻优精度高,应用于MPPT控制能够有效的跟踪最大功率点,对提高光伏阵列发电效率有积极意义。

关键词：光伏阵列最大功率点跟踪算法灰狼算法组合优化

热电发电模块拓扑结构优化及最大功率点跟踪算法研究

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热电发电模块拓扑结构优化及最大功率点跟踪算法研究

作者：方洪武汉理工大学

学位级别：硕士

随着汽车产业的迅速发展,能源短缺与环境污染问题日趋严重,汽车尾气热电发电技术在提升汽车能源利用率,减少尾气排放领域应用日益广泛。热电模块作为热电发电系统基本单元,对热电模块串并联拓扑结构进行优化,可以最大限度发挥模块性能,... 详细信息

随着汽车产业的迅速发展,能源短缺与环境污染问题日趋严重,汽车尾气热电发电技术在提升汽车能源利用率,减少尾气排放领域应用日益广泛。热电模块作为热电发电系统基本单元,对热电模块串并联拓扑结构进行优化,可以最大限度发挥模块性能,提升热电发电系统整体输出功率。本文以汽车尾气热电发电装置为研究对象,开展了热电模块串并联拓扑结构优化算法和最大功率点跟踪(MPPT)算法研究。主要研究内容如下:分析了温差发电原理,设计了汽车尾气热电发电系统整体结构。为了实时获取热电发电系统各模块电压数据,运用PIC芯片设计了可以实时采集60路电压信号的电压巡检系统,运用Access建立数据库,存储各模块全生命周期电压数据。提出了一种优化多个热电模块串并联拓扑结构的迭代算法。运用汽车尾气发电试验台架测试了真实工况下模块的开路电压,结合模块等效阻抗,进行了热电模块串并联结构对整体输出功率影响的理论分析。利用Matlab计算得到最优模块串并联拓扑结构。台架实验验证结果表明,经过优化串并联的热电器箱输出功率相比全串联方式提升了2.91%。为了保证汽车尾气热电发电系统实时以最大功率输出,提出了以干扰观测法和二插值曲线拟合法相结合的新型最大功率点跟踪算法。运用Matlab软件建立了MPPT仿真模型,针对干扰观测法和新型MPPT算法的实现方式以及优缺点进行了仿真分析和对比。在硬件平台DC-DC变换器中编程实现MPPT算法,通过实测结果表明,新型的MPPT算法跟踪时间仅需200ms,最大功率跟踪精度可达98.91%。

关键词：热电发电串并联拓扑结构优化最大功率点跟踪算法仿真计算实验测试

铁路光伏系统中的最大功率点跟踪控制策略及实现

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铁路光伏系统中的最大功率点跟踪控制策略及实现

作者：许苗苗西安建筑科技大学

学位级别：硕士

近年来，随着我国太阳能光伏发电事业和铁路建设的迅速发展，太阳能光伏发电系统已作为铁路负荷备用电源广泛被应用。太阳能光伏电池的使用，减轻了铁路环网贯通的压力，达到了节约能源的目的。最大功率点跟踪控制器作为铁路光伏并网系... 详细信息

近年来，随着我国太阳能光伏发电事业和铁路建设的迅速发展，太阳能光伏发电系统已作为铁路负荷备用电源广泛被应用。太阳能光伏电池的使用，减轻了铁路环网贯通的压力，达到了节约能源的目的。最大功率点跟踪控制器作为铁路光伏并网系统的重要组成部分得到了非常广泛的研究与应用。最大功率点跟踪控制算法的不断改进与研究，提高了太阳能光伏电池的利用效率，并在一定程度上提高了经济效益。论文对太阳能光伏并网系统的特性进行了分析，结合负荷特性，确定本文设计方案为两级式铁路光伏并网发电系统。针对太阳能光伏电池输出功率的非线性的特点，在MATLAB中搭建了其仿真模型，通过两种方式，得到不同光照强度和温度下太阳能电池输出特性仿真结果。验证了光照强度和温度发生变化对太阳能光伏电池输出特性产生的影响。最大功率点跟踪是提高太阳能光伏发电系统转换效率的不可或缺的部分。本文针对太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪（MPPT）控制算法中应用较多的电导增量(INC)法进行了细致的、详实的剖析和探究。以传统的功率电压斜率(dP/dV)为变步长参考曲线的电导增量法为基础，提出了一种新型变步长的电导增量控制算法，此方法与传统方法的参考曲线选择不一致，选择|dP/dV|/P为变步长参考曲线。首先通过与传统参考曲线进行图形比较，表明新型变步长参考曲线受外界环境的影响更小，然后通过MATLAB软件进行系统仿真，获得新型变步长电导增量法的最大功率点跟踪曲线。将两种仿真实验结果进行比较，得出该新型改进的控制算法具有超调量小，上升时间短的特点，并且最终可以稳定在最大功率点附近。

关键词：铁路两级式太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪算法

双体机械式波浪能发电装置设计与功率控制研究

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双体机械式波浪能发电装置设计与功率控制研究

作者：赵延鹏哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着世界各国的经济不断发展,与之而来的是环境的不断恶化和资源的不断损耗。波浪能作为现有的可再生能源具有很大的开发潜力。针对波浪能的开发与利用,本文设计了一种双体机械式波浪能发电装置,主要工作内容如下:(1)首先给出了装置的... 详细信息

随着世界各国的经济不断发展,与之而来的是环境的不断恶化和资源的不断损耗。波浪能作为现有的可再生能源具有很大的开发潜力。针对波浪能的开发与利用,本文设计了一种双体机械式波浪能发电装置,主要工作内容如下:(1)首先给出了装置的整体设计,其次基于微幅波理论对浮子进行了频域分析,通过AQWA软件分别分析了浮子外形、吃水深度和直径对浮子水动力参数的影响。最后推导出无PTO自由系统下的浮子平均捕获功率公式,通过捕获功率大小和稳定程度两个方面来考虑选出水上浮子。(2)以双体机械式波浪能发电装置整体动力学模型为基础,对普通PTO系统和有机械运动整流器(MMR)的PTO系统分别进行动力学分析。通过普通PTO系统的动力学模型对水下浮体进行分析、选择以及最优PTO参数的确定;通过对有MMR的PTO系统的动力学分析得到MMR系统的动力学特性和最优设计参数及结构设计依据。(3)根据得到的结构设计依据,对双体机械式波浪能发电装置进行零件选型和结构设计,分别进行了浮子与PTO连接处设计、滚珠丝杠模组设计、机械整流器模组设计、辅助装置设计。(4)为了使装置在不同海况下都能够得到最优功率,首先对双体机械式波浪能发电装置进行了最优阻尼分析,其次基于扰动观察法进行了最大功率点跟踪算法设计,并对其进行干扰误判分析,基于误判原理设计了带有干扰误判纠正的算法,使算法可以应对海况突变带来的干扰。最后通过单一海况下的仿真与前文得到的最大功率进行对比,验证了算法的正确性,在有海况突变时进行仿真,验证了带有干扰误判纠正最大功率点跟踪控制算法的可行性。

关键词：波浪能机械式PTO 最优PTO参数设计干扰误判纠正最大功率点跟踪算法

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光伏系统快速功率控制和应用

中国电机工程学报 2019年第S1期39卷 213-224页

作者：严伟王淑超刘翔沈冬南京南瑞继保电气有限公司江苏省南京市211102

随着新能源(renewable energy sources,RES)在一些电网占比超过20%,电网运行遇到一系列困难与挑战,迫切需要挖掘新能源发电,尤其是以绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)逆变器接入电网的光伏发电系统自身的调节... 详细信息

随着新能源(renewable energy sources,RES)在一些电网占比超过20%,电网运行遇到一系列困难与挑战,迫切需要挖掘新能源发电,尤其是以绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)逆变器接入电网的光伏发电系统自身的调节潜力,使之具备快速功率调控响应能力,支持系统一次调频/调压等服务。在此背景下,该文提出一种针对新能源尤其是光伏发电的系统级快速功率调控方案,其目标是实现新能源尤其是光伏电站达到全网系统级百毫秒内的快速升/降功率响应速度。该文提出已有电网安全稳定控制系统的升级改造方案,针对光伏电站能够以调代切,并实现光伏电站发电功率的双向快速连续调节;设计站级专用的新能源快速功率控制装置;提出逆变器跨越式最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)算法等技术,并设计满足逆变器快速响应要求的一体化逆变器功率控制平台。该方案已在中国西藏电网得到应用,经现场实际测试结果:光伏站内功率控制响应时间在30ms以内,全系统功率控制响应时间在60ms以内,达到小于100ms的设计目标。试验和运行结果验证了该技术的有效性和先进性。

关键词：新能源绝缘栅双极晶体管逆变器快速功率调控最大功率点跟踪算法

基于MPPT算法的光储微网充电控制策略的研究

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基于MPPT算法的光储微网充电控制策略的研究

作者：罗嘉安徽工程大学

学位级别：硕士

通过蓄电池对光伏电网多余能量进行储存,是光伏发电的重要工作之一。但是这些蓄电池并不是针对光伏系统设计,不合理的充电控制方式不仅极易损坏系统的储能单元而且也会大大降低系统的运行效率。本文针对光伏系统的运行特点研究一种适合... 详细信息

通过蓄电池对光伏电网多余能量进行储存,是光伏发电的重要工作之一。但是这些蓄电池并不是针对光伏系统设计,不合理的充电控制方式不仅极易损坏系统的储能单元而且也会大大降低系统的运行效率。本文针对光伏系统的运行特点研究一种适合光伏系统的充电控制策略,有效提高了光伏系统的运行效率。本文在对光伏系统最大功率点跟踪算法进行研究分析的基础上,提出了一种复合型的最大功率点跟踪算法。该算法首先通过数值计算中函数极值的求取方法拟合出太阳能电池的输出特性曲线,在拟合曲线的基础上再通过最优梯度法进行MPP点的跟踪,大大提高了系统的追踪性能和效率。同时,在传统三段式充电控制算法的基础上,针对光伏系统特点把MPPT算法充电阶段融入充电控制算法之中,提出了改进型6阶段充电控制算法。此算法既充分利用了太阳能电池输出的能量,又更加适合光伏系统储能电池的充电特性,可以有效提高蓄电池充电效率,提高蓄电池寿命。在改进的蓄电池充电控制算法的基础上,进行了控制系统软硬件的设计。在硬件方面,选用DSP TMS320F2812作为控制芯片,完成了对DC/DC转换电路、DSP外围电路、采样电路、驱动电路、LED显示电路的设计。在软件方面,完成了相应控制程序的算法流程,包括主程序、MPPT子程序、充电控制子程序、A/D采样算法子程序、抗干扰程序的设计,实现了基于MPPT的蓄电池充电控制算法的高效率运行。

关键词：光伏系统最大功率点跟踪算法蓄电池充电控制算法 DSP TMS320F2812

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风光储直流微电网的改进下垂控制研究

能源环境保护 2023年第6期37卷 111-118页

作者：韩爱林俊宏张宇刘少俊宋浩吴卫红郑成航浙江大学能源高效清洁利用全国重点实验室国家环境保护燃煤大气污染控制工程技术中心浙江杭州310027 浙江大学浙江省清洁能源与碳中和重点实验室浙江杭州310027

在风光储直流微电网中,采用下垂控制可以确保并联电源之间按比例功率共享,无需电源之间的通信。然而,传统的下垂控制并不能保证光伏和风机输出最大功率。本文提出了改进的下垂控制方法,将最大功率点跟踪算法与下垂控制相结合,既保证了... 详细信息

在风光储直流微电网中,采用下垂控制可以确保并联电源之间按比例功率共享,无需电源之间的通信。然而,传统的下垂控制并不能保证光伏和风机输出最大功率。本文提出了改进的下垂控制方法,将最大功率点跟踪算法与下垂控制相结合,既保证了光伏和风电优先输出最大功率,又能与储能系统功率共享。为了验证改进方法的有效性,利用MATLAB/Simulink进行仿真,并与传统的下垂控制方法进行了对比。仿真结果表明,在一个由5 kW光伏、7.34 kW风电和10 kW负载构成的典型系统中,在相同运行环境下,采用改进的下垂控制方法可以使光伏供能占比最大提升8%,风电供能占比最大提升9%,电池的储能占比提高10%,同时直流母线电压波动基本不变。改进的下垂控制方法相比传统方法在风光储直流微电网中具有明显的优势,对提升系统的整体性能和可靠性具有重要意义。

关键词：微电网最大功率点跟踪算法下垂控制