室内光伏能量收集器设计文献综述

 2022-09-24 10:09

文献综述(或调研报告):

现阶段,针对均匀光照条件下光伏电池MPPT问题,国内外学者已研究出多种MPPT控制算法,这些算法的控制策略各有不同,在实现难度程度、硬件要求、应用场合、控制精度和跟踪速度等方面也有所差异。[1]国内外常见的控制策略有:恒定电压法、开路电压系数法、短路电流系数法、扰动观察法、增量电导法、最优梯度法等。[2]

局部阴影情况下光伏阵列P-V特性曲线呈现多峰现象。[3]传统的MPPT算法如扰动观察法等,虽然算法复杂度低,对硬件要求不高,但会陷入局部最优值。[4]文献[5]提出的粒子群算法(PSO)能够避免陷入局部最优值,但是其追踪时间长,粒子切换过程中,由于粒子的随机性导致开关管两端电压可能变化过大,引起过大振铃和过冲,损坏开关器件。

文献[6]提出了基于电压扫描的MPPT方法,为全局扫描方式,由于未采用闭环控制,当进行电压扫描时,每个扫描电压点都需要一个稳定的时间,导致算法收敛速度变慢。

在扰动观察法的基础上,有学者提出了不同类型的变步长扰动观察法,该方法根据实际变压值与MPP处运行电压值的差确定扰动步长,从而当工作点离MPP较远时,相应的扰动步长较大,向MPP点移动的速度也越快;当工作点到达最大功率附近时,相应的步长会变小,从而能够精确的捕捉到最大功率点,减少摇摆造成的功率损失。[7]

文献[8]中的算法结合了梯度法和扰动观察法,算法在采用大步长的梯度法搜索到第一个局部最大功率点后,以此为基础转为采用扰动观察法继续搜索,最后比较得到全局最大功率点.该算法精度高,但实际中难以实现.

固定电压法(CVT)是一种易于实现的控制系统[9],它的原理是外界的条件简单变化时直接将系统的最大功率点跟踪到一个大的电压值附近,所以,只需经过调整直流转直流变换器的占空比调整系统的负载阻抗,使光伏电池的电压输出值稳定在最大电压附近,这样就可以实现MPPT控制。然而因为忽视了温度对光伏阵列输出电压的变化,并不是现实情况下的最大功率点。[10]

文献[11]采用并联功率补偿法,通过增加功率补偿单元消除多峰值现象,该方法简单可行,但是系统结构复杂,成本较高。文献[12]采用复合MPPT算法,即先利用等效负载对最大功率点进行粗略定位,再利用传统单峰值MPPT方法 进行精确跟踪。但等效负载法需要在线测量开路电压和短路电流,对光伏组件的参数依赖性较大,而传统单峰值MPPT方法稳态时功率振荡,增加功率损失。

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