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最大功率范文第1篇
那天，家人发现陈先生右侧手脚没有力气、讲话不清楚。一小时后，将其送至邵逸夫医院急诊室。医生检查后诊断为脑血栓，很快溶栓小组成员紧密配合，给他进行了静脉溶栓治疗。溶栓药推注了30分钟左右，原来不能抬起的右侧手脚已经能够抬起来了，1个小时后，药物注射完毕，陈先生的右侧手脚基本恢复正常，讲话也清楚了。
陈先生的救治成功得益于卒中中心高效率的先进工作方式。卒中中心是目前世界上公认的治疗卒中最有效的方法，它是在卒中单元的基础上，将卒中急救、重症监护、神经介入、神经内外科、康复训练、心理咨询和健康教育等多学科有机结合起来，提高脑卒中的诊治水平，降低致残率、复发率和死亡率。卒中中心不仅包括卒中病人住院期间的管理，也包括院前急救和病人出院后的社区医疗、家庭医疗。
溶栓治疗（即血管再通）是目前世界公认最有效的缺血性脑卒中的药物治疗方法。研究结果显示，及时接受溶栓治疗的病人，在卒中发生后3个月，发生最小程度残疾或不发生残疾的概率增加30%。静脉使用溶栓药，在发病3小时之内最有效，目前认为在4.5小时之内也有效，而动脉内使用溶栓药的时间可以根据情况延长至6~12小时。为能够更快速地给卒中患者提供溶栓治疗机会，邵逸夫医院卒中中心根据国际标准成立溶栓治疗小组，当病人到达急诊室后，经过快速评估和多部门合作，为卒中患者开通绿色通道，患者可以优先做CT检查、优先获取血化验结果、优先从药房获取溶栓药物，这些绿色通道可以保证以最快速度用上溶栓治疗，最大可能地改善预后，使患者的残疾率降低或不发生。卒中后肺部感染在卒中死亡原因中居第二位，防止发生肺部感染的其中重要方法是在患者第一次进食及服药前行吞咽功能评估，然后根据评估结果决定下一步的治疗方案。卒中中心所有入院的卒中病人都进行吞咽功能评估，以降低肺部感染的发生率。
邵逸夫医院于2006年开始卒中中心的筹备工作，2009年初正式成立，经过不断努力，早已到达国际标准。报道显示，通过认证的卒中中心，其院内死亡率、30天死亡率、30天并发症及30天再入院率均低于那些没有通过认证的医疗机构。（王家铃）
最大功率范文第2篇
关键词 光伏系统；最大功率点跟踪；算法
中图分类号TM61 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0077-02
Research of Tracking Algorithm of Maximum Power Point for Photovoltaic System
WANG Xu
Department of Physics and Information Engineering,Huaihua University,Huaihua 418008
Abstract The maximum power point tracking (MPPT) symtem is important for improving the efficiency of the photovoltaic system.In this paper,on the basis of comparative analysis characteristics of mountain climbing algorithm and three point algorithm,a improved algorithm is proposed to cover tracking efficiency and accuracy.
Keywords photovoltaic system; tracking algorithm of maximum power point; Algorithm
0 引言
面对传统能源的日益枯竭以及自然环境的不断恶化，人类急需寻找一种环保、低碳、可再生利用的清洁能源，以降低对传统能源的依赖。在众多新能源中，太阳能因其储量丰富、分布广泛、清洁环保而备受人们关注。
在太阳能的利用方式中，光伏发电是最有效也是目前应用最为广泛的方式之一。在光伏发电系统中，为达到充分利用太阳能资源、提高系统整体工作效率的目的，一个很重要的途径就是实时控制、调节系统负载与光伏系统内阻相匹配，使系统稳定工作在最大功率点上，这一过程即为最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称 MPPT）。目前对于光伏系统最大功率点跟踪较为常用的算法有登山法、电导增量法、三点比较法、恒定电压法等，其中尤以登山法和三点比较法应用最为广泛。两种MPPT算法在跟踪原理和效果上各不相同，算法本身的局限性也决定了各自的特点和应用范围。本文从光伏系统的特性出发，分析比较了登山法与三点比较法各自的优势与局限，在此之上，提出了一种改进算法。
1 光伏系统的特点
光伏电池是利用光生伏特效应制成的无偏压光电转换器件，根据光伏效应原理，其输出电流与输出电压之间存在如下关系:
其中，Is为短路电流，Isr为反向饱和电流；U为输出电压；e为电子电荷；n为PN结系数，T为环境温度；Rs为串联电阻；Rsh为并联电阻。
根据光伏电池数学模型，绘制不同辐照度、不同温度下光伏电池的P-U曲线，如图1所示。
从光伏电池的P-U曲线可以看出，其输出功率受到辐照度、光伏电池温度等因素的影响，其输出特性曲线是非线性的。在特定的辐照度和温度下，光伏电池具有唯一的最大功率输出点。光伏发电系统能否工作于最大功率点上，判决条件是外部负载是否与系统内阻相匹配。通常情况下，外界环境处于时刻变化过程中，如一天中辐照度会随时间变化而改变，光伏电池温度会随工作时间增加等，这些因素都会使光伏电池P-U曲线发生改变，使系统偏离最大功率点，无法充分利用光伏电池阵列所产生的电能。在光伏系统中，通常将光伏电池阵列等效为直流电源，最大功率点跟踪系统等效为外部负载，通过调节最大功率点跟踪系统DC/DC电路占空比，使外部负载与光伏电池阵列内阻动态匹配，从而达到使系统实时工作于最大功率点的目的。
2 MPPT算法的比较
MPPT的算法较多，本文只针对应用较为广泛的登山法与三点比较法进行讨论。
2.1 登山法
登山法是目前实现MPPT最常用的方法之一。其原理是通过一定时间间隔下对脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）信号占空比的调整，同时采样调整后系统输出电压、电流值，判断占空比改变后系统输出功率变化情况，以决定控制信号调整方向。
跟踪算法采用逐点比较的方式，将当前采用功率P1与系统前一时刻存储功率P0相比较，根据比较结果确定PWM控制信号调整方向。具体调整方案为：选取判定参量P=P1-P0，根据P的符号判定PWM信号调整方向，如果：1）P >O，说明调整后输出功率较前一时刻有所增大，调整方向正确，系统继续按原方向调整；2）P
通过对登山法算法的分析可以发现，登山法算法相对简单，采样比较过程数据处理量较少，硬件系统要求较低，实际应用中易于实现。但是，在最大功率点跟踪过程中，跟踪精度和跟踪效率难以兼顾，PWM信号调整步长过大时，跟踪速度较快，但是系统在最大功率点附近输出摆动范围大，影响系统跟踪精度；反之，虽可以使系统更好的接近最大功率点工作，但是跟踪效率相应降低。同时由于算法本身的局限性，系统始终处于一个自寻优过程，即使调整后系统已经工作于最大功率点，算法仍然强迫进行调整，系统始终处于一个震荡输出的过程，并因此造成一部分由于算法引起的功率损失。虽通过变步长的登山法可以改善震荡幅度，但是会相应增加硬件负担。在外界条件变化剧烈的极端情况下，登山法算法会产生误判，造成巨大功率损失，严重时甚至会使系统停止工作。
2.2 三点比较法
三点比较法通过在光伏电池P-U特性曲线峰值点附近从左到右依次采样A、B、C三点电压和功率，利用三点功率值比较结果来确定调整PWM控制信号占空比，从而使得系统功率输出朝大的方向调整。设UB为初值功率最大点Umax，在跟踪过程中可能出现如图2所示三种情形。
1）PA
其中UD为预先设置用于电压调整常量，UB较为常见的取值方式为0.78Uoc, 其中Uoc为光伏系统开路电压。
分析三点比较法算法可以看出，通过初始电压值的设定，算法本身就能够快速地跟踪到最大功率点位置，克服了系统初始化过程中，逐点寻找、判断，跟踪效率过低的问题。通过阈值判定，输出功率满足阈值条件后，系统将稳定工作在目前判定的最大功率点上，而不做任何调整，直到外部环境发生变化使输出功率不满足阈值条件，避免了由于震荡输出而引起的额外功率损失。但是，在三点比较法中，阈值取值越大，MPPT跟踪精度越低，因算法失衡引起的功率损失过高；反之虽可提高跟踪精度，但是跟踪效率大大降低，采样、比较数据量迅速增加，相应提高了对硬件的要求。同时，在每次比较过程中，CPU数据处理过程也会引起系统偏离最大功率点的功率损失，这也决定了在一段时间内，当利用三点比较法跟踪到最大功率点后，应间隔较长时间在进行下一次比较，而这是与跟踪精度的要求相矛盾的。
3 改进算法
通过对登山法和三点比较法的分析，结合二者各自的特点，本文提出一种将二者结合使用的改进算法，即利用三点比较法进行粗选，快速找到最大功率点位置，利用登山法进行微调，进一步减小功率损失，同时避免MPPT跟踪过程中的误判、误调。
算法流程图如图3所示。
改进算法说明：
1）系统初始自动利用三点比较法进行最大功率点跟踪，迅速跟踪最大功率点粗略位置，这一过程为最大功率点跟踪过程粗调；2）当找到最大功率点粗略位置后，利用登山法进行实时最大功率点跟踪，此为最大功率点跟踪细调；3）在功率变化过快的位置（如云层瞬时遮挡，辐照度瞬时降低），利用判定参数判定采样功率变化大小，若功率变化过快，则意味着可能最大功率点存在较大范围的转移，此时跳出登山法算法，返回三点比较法重新寻找最大功率点粗略位置，避免由于外界环境瞬时变化造成的最大功率点丢失；4）D为三点比较粗调过程中步长，其值影响光伏系统最大功率点粗略位置判断速度，D取值不可过小，避免步进过小引起跟踪速度过慢，造成额外功率损失；5）D为登山法细调过程中步长，其值影响光伏系统最大功率点跟踪精度，D取值应满足D
4 结论
通过对光伏系统最大功率点跟踪登山法和三点比较法的分析，结合二者各自的特点和应用范围而提出的改进算法，可以克服登山法跟踪速度慢，极端情况误判、误调，三点比较法实时数据处理量大，跟踪精度难以控制等缺点，利用环境变化参数和步长，较好的兼顾了跟踪效率和精度，进一步提升了光伏系统能量转换效率。
参考文献
[1]王晔.浅谈光伏并网发电系统的发展[J].经营管理者，2011(20).
最大功率范文第3篇
关键词：磁流体发电机；电量；截面
中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2008)3(S)-0050-03
在各种高三复习备考资料中，常有这样一道试题：
题目 目前世界上正在研究新型发电机――磁流体发电机，它的原理如图1所示。设想在相距为d的两平行金属板间有磁感强度为B的匀强磁场，两板通过开关和灯泡相连。将气体加热到使之高度电离，由于正负离子一样多，且带电量均为为q，因而称之为等离子体。将其以速度v喷入甲、乙两板之间，这时甲、乙两板就会聚集电荷，产生电压。这就是磁流体发电机的原理，它可以直接把内能转化为电能，试问：
（1）图中哪个极板是磁流体发电机的正极？
（2）磁流体发电机的电动势多大？
（3）设喷入两极的离子流每立方米有n个负电荷，离子流的截面积为S，则磁流体发电机的最大功率多大？
析与解 （1）等离子体从左侧射入磁场，正离子受向上的洛伦兹力而偏向甲板，使甲板上积累正电荷，相应的乙板上积累负电荷，成为电源的正、负两极。甲板是磁流体发电机的正极。
（2）当开关断开时，甲、乙两板间的电压即为电源的电动势，稳定时，甲、乙两板上积累的电荷不再增加，此时的等离子体所受的洛伦兹力与电场力恰好平衡，则有qUd=qvB，即得电源的电动势E=U=Bdv。
（3）理想状态时，喷入两极间的离子流全部流向两极，这时电源达最大功率，此时电路中的最大电流为Im=Nqt，式中N为在时间t内喷入两极的正负离子数的总和，即N=2nSvt，所以发电机的最大功率为Pm=UIm=2ndqSBv2。
质疑：关于上面第（3）问的解答，教师们之间存在争论：t时间通过回路的最大电量，到底是t时间内喷入的正、负离子电量的总和，还是时间t内喷入的正离子的电量（或负离子的电量）呢？关于这个问题的争论，从不同的角度分析似乎都有道理。
观点1 从两极板间某一截面看，有正离子向上通过，同时也有负离子向下通过，且有多少负离子向下通过这一截面，等效为有等量的正离子向上通过这一截面，所以通过这一截面的电量应为t时间内喷入的正、负离子电量的总和；
观点2 从某一极板看，如图1中的上级板，到达这一极板的只有正离子，所以通过这一截面的电量应为t时间内喷入的正离子的电量，或从图1中的下级板看，到达这一极板的只有负离子，所以通过这一截面的电量就为t时间内喷入的负离子的电量。
答疑 一题多解，但殊路同归，答案应只有一种，上述两种说法必然有一种是错误的。t时间内通过某一截面的电量到底是多少呢？请看下面的分析便见分晓。如图2等离子体喷入两极之间，在洛伦兹力的作用下发生偏转，且使t时间内喷入的正、负离子分别全部到达上、下两极板，这样电流强度最大，磁流体发电机的功率最大。
如图2，选两极板间任一截面ab来求电流强度。设图2中两极板间的离子是t时间喷入的全部离子，且使这些离子全部到达两极，则通过ab截面的电量有：ab截面上部分的负离子电量大小 Q上负和ab截面下部分的正离子电量Q下正。Q上负和Q下正分别向下、向上通过截面ab，则等效电量为Q下正+Q上负的正电荷向上通过截面ab，所以通过ab截面的电量为Q下正+Q上负。但是Q下正并不是t时间内喷入的全部正离子，Q上负也不是t时间内喷入的全部负离子，所以通过这一截面的电量并不是t时间内喷入的正、负离子电量的总和。
如图2，ab截面下部分等离子体中的负离子电量大小Q下负等于ab截面下部分等离子体中的正离子电量Q下正即Q下负=Q下正，所以通过ab截面的电量Q下正+Q上负=Q下负+Q上负，即通过这一截面的电量为t时间内喷入的负离子的电量大小Q下负+Q上负。
同理，ab截面上部分等离子体中的正离子电量Q上正也等于ab截面上部分等离子体中的负离子电量的大小Q上负，即Q上负=Q上正，所以通过ab截面的电量Q下正+Q上负=Q下正+Q上正，即通过这一截面的电量为t时间内喷入的正离子的电量。
可见，即使从极板间某一截面看，通过回路的最大电量也只是等离子体中的正离子的电量或负离子的电量大小，而不是正负离子电量大小的总和。
所以在上面给出第（3）问的解析不正确，磁流体发电机的最大动率Pm=UIm。此时电路中的最大电流为Im=Nqt，其中N为在时间t内喷入两极的正离子（或负离子）数，即N=nSvt，发电机的最大功率不是Pm=UIm=2ndqSBv2，而是Pm=UIm=ndqSBv2。
从上面的分析可以看出：
①在一个回路中，通过各截面的电量一定是相等的。虽然磁流体发电机回路中，外电路中是自由电子定向移动形成电流，内电路中是正负离子同时移动形成电流，但是各截面通过的电量一定相等的，所以不论是从极板处分析通过的电量，还是从两极间某处分析通过的电量，得出的结论应是一致的。
②磁流体发电机回路中，两极之间不同的截面通过的正离子与负离子的电量不一定相等，两极板间靠近正极板的截面，通过的正离子的Q正电量大于通过负离子的电量大小Q负，靠近负极板的截面，通过的正离子的Q正电量小于通过的负离子的电量大小Q负，不论是哪一截面等式Q正+Q负=It都成立，只有正中间截面处通过的正、负离子电量相等Q正=Q负=It2。
③两极板间无限靠近正极板处的截面，几乎只有正离子通过，无限靠近负极板处的截面，几乎只有负离子通过。
④正极板上，只有等离子体中正离子到达了。负极板上，则只有等离子体中负离子到达。
拓展 其实，这个问题与稳恒电流这一章中关于电解液导电时电流强度的计算类似：
①电解液中，任意截面通过的正负离子的电量总和是相等的，都等于It，但是不同的截面通过的正离子与负离子的电量大小不一定相等，只有正中间截面处通过的正负离子电量大小相等Q正=Q负=It2。
②电解液导电过程中，靠近阴极的截面，流过的正离子的电量Q正大于流过的负离子的电量大小Q负；靠近阳极的截面，流过的负离子的电量大小Q负大于流过的正离子的电量Q正，但电解液回路中不论何处Q正+Q负=It。
③两电极间，无限靠近阴极，几乎只有正离子通过，无限靠近阳极，几乎只有负离子通过。
④阴极上，只有正离子到达；阳极上，则只有负离子到达了。
所以，某电解液溶液中，电流强度为I，t时间内到达阴极的阳离子的电量Q1=It，而通过电解液正中间截面的阳离子的电量Q2=It2，这不矛盾。
巩固 1.如图3所示的电解液接入电路后，在t时间内，有n1个1价正离子通过溶液内截面S，有n2个1价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是（ ）
A.当n1=n2时电流强度为零。
B.电流方向从A到B，电流强度I=（n2+n1)et。
C.到达B极的阳离子总电量为（n1+n2)e。
D.当n1＞n2时，电流方向从A到B，电流强度I=（n1+n2)et。
2.如图4所示为磁流体发电机示意图，其中两极板间距d=20cm，磁场的磁感应强度B=5T，若接入额定功率P=100W的灯泡，灯泡正好正常发光，灯泡正常发光时的电阻R=400Ω，不计发电机内阻，则等离子体的流速为______；若等离子体均为一价离子，则每秒钟有______个正电离子打在上极板。
答案：1.BC
2.100m/s，6.25×1018个。
最大功率范文第4篇
关键词：光伏电池；最大功率点跟踪(MPPT)；Buck-Boost；无损电阻
引言
当今世界的能源结构是以煤炭、石油、天然气等化石能源为主体。但化石能源是不可再生资源，大量耗用终将枯竭。为保证人类持久、稳定的能源供应，必须改变现存的以常规不可再生能源为主的能源结构，建立资源无限、可再生、多样化的新能源结构。在各种可再生新能源当中，太阳能以其独特的优势占据着非常重要的位置。然而，光伏发电存在严重的缺点，这就是转换效率低和成本高。光伏发电最基本的单元是光伏电池，目前光电转换效率最高的单晶硅的效率只为20%左右，由于光电转换控制不合理，再加上空气中杂质降落在光伏电池板上，减少了光线的摄入量，严重影响了光电的转换效率。另外，光伏电池的输出特性受外界环境的影响较大，如光照强度的下降会造成光伏电池的短路电流和输出功率下降，温度的改变，也会使光伏电池的开路电压和输出功率下降。最后，光伏电池的价格十分昂贵。因此，为有效利用太阳能，需要对光伏发电系统进行有效的控制，以便提高利用效率。
基于无损电阻的MPPT控制方法
1.1 Buck-Boost二端口无损电阻的分析
二端口无损电阻的定义：输入端呈现电阻性且与输出端连接负载大小无关，并且将从输入端输入的能量全部传输到输出端的二端口网络。如图1-1所示：
图1-1 二端口无损电阻模型
即满足公式：
(1-1)
其中为二端口网络输入端电压，为输入端电流，为输出端电压，输出端电流，R为从输入端看二端口网络的等效阻抗。
1.2 Buck-Boost二端口无损电阻的工作原理
图1-2 Buck-Boost变换器
Buck-Boost变换器如图1-2所示，分析它在电感电流断续的情况下实现的功能。电感电流断续时Buck-Boost变换器有三种开关模态：①Q导通，自零增长到；②Q关断，二极管D续流，自降到零；③Q和D都截止，在此期间为零，负载由输出滤波电容供电。
Q导通期间，电感电流从零开始增加，其增长量为：
(1-2)
Q截止后，自线性下降，并且在时刻 下降到零，即
(1-3)
式中, 电感电流断续时。
由上面两式可以得到：
(1-4)
如果不计变换器的损耗，则有：
(1-5)
变换器输出电流可以表示为
(1-6)
将式(1-2)和式(1-3)代入式(1-6)得：
(1-7)
从上式可以看出：在电感电流断续时，输出不仅与输入电压和占空比有关，而且还和负载电流的大小有关。
由上面分析可知，在电感电流断续时周期输入平均电流(不考虑变换器损耗)为：
(1-8)
如果记：
(1-9)
则可以记为：
(1-10)
根据以上对Buck-Boost电路的详细分析可知，在忽略原器件损耗和电感电流断续的条件下得出：
(1-11)
Buck-Boost电路满足二端口无损电阻的公式定义，实现了Buck-Boost二端口无损电阻。当输入端电压一定的条件下，输入端的电流仅与导通比有关。在忽略电子元器件消耗的前提下，当导通比不变时，不管输出端负载发生怎样的改变，输入端传递到输出端的功率都保持不变。同时可以通过一定的MPPT控制算法来改变导通比来改变无损电阻的阻值，使得其与电池阵列最大功率点处所要求的阻抗匹配，从而达到系统工作在最大功率点处的要求。
仿真验证
2.1 Buck-boost二端口无损电阻的Simulink仿真
图2-1 Buck-Boost无损电阻仿真模块
模块建立如图2-1，图中直流电压源DC在MPPT仿真模型中由光伏电池输出电压代替，电感L的值为0.001H，续流电容C的值为0.00001F，滤波电容=0.0001F。两个电流检测模块分别检测电感电流和输出电流，电压检测模块检测负载两端电压U，和负载电流I相乘就得到了输出功率。IGBT的触发脉冲信号在MPPT仿真模型中由PWM触发脉冲电路提供。
图2-2 R=20时输出功率波形图2-3R=100时输出功率波形
为了验证Buck-Boost电路可以等效为二端口无损电阻，在负载R为20和100时对电路分别进行了仿真，其中取IGBT触发脉冲占空比为70%周期为0.01s，仿真结果如图2-2和2-3。
由这两幅仿真图形看出：在稳定状态，当负载为20时输出功率平均值大概为(205+185)/2=195W；当负载为100时输出功率平均值大概为(198+194)/2=196W。忽略估计误差因素可知，当负载由20变为100的过程中，占空比不变时，电路输出平均功率不变，表明该电路在等效为无损电阻时等效阻值跟输出端负载无关，负载变化时输出功率不变。
2.2 基于爬山法的光伏发电系统MPPT仿真模型
图2-4 MPPT爬山法仿真模块
基于爬山法的光伏发电系统MPPT仿真模型见图2-4。
仿真参数设定：电容C=0.000001F，=0.00001F，=0.001F；电感L大小为0.001H，滤波电感L为0.002H；采用变步长的ode23tb(stiff/TR-BDF2)进行仿真，最大步长与最小步长自动调节；PWM脉冲信号周期为0.01s，零阶保持器的采样周期为0.01S，负载R=50。爬山法MPPT仿真模块仿真结果如图2-5。
通过爬山法实现的最大功率点跟踪及无损电阻阻值逐步地匹配光伏电池阵列最大功率点，基于无损电阻的最大功率点跟踪方法跟踪速度较快，而且追踪到最大功率后能稳定的工作在最大功率点附近。这样，对光伏阵列工作在最大功率点实现了良好的动态跟踪。
图2-5 爬山法MPPT仿真模块仿真图
结论
本文针对光伏电池的输出特性，提出了以Buck-Boost无损二端口网络为基础的最大功率点跟踪方法，并将其实现的无损电阻应用于最大功率点控制系统中，同时用爬山法控制最大功率点跟踪，取了良好效果，使光伏发电系统在不同光照强度和温度条件下有效地跟踪最大功率点，从而提高光伏发电效率。
参考文献
1 钱伯章．国际可再生能源最新动态[J]．中国建设动态．2007，7(3)：59～66
2 刘建华．无损电阻的研究[D]．硕士学位论文．天津大学．2007
3 刘辉，吴麟章，江小涛等．光伏电池最大功率跟踪技术研究[J]．武汉科技学院学报．2005，21：22～15
4 徐春方．基于Buck-Boost的双级光伏并网系统研究[D]．硕士学位论文．天津大学．2009
5 安海云．光伏并网发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究[D]．硕士学位论文．天津大学．2007
6 李炜，朱新坚．光伏系统最大功率点跟踪控制仿真模型[J]．计算机仿真．2006，2：39～43
7 Doronshmilovitz．Loss-flee Complex Impedance Network Elements[J]．2005，24：1～8
8 A.M.Trzynadlowski．Introduction to Modem Power Electronics[J]．New York：Wiley Interscience．1998，18：34～39
Study on Realization of MPPT in PV Using Fuzzy PID controller
Zhu Junfeng
(the Hydraulic Research Institule of Pastoral Areas,Hydraulic Ministry of China, Hohhot010051)
Abstract: PV power generation has become a new power which has great potential. But PV power generation is not universal, it is because that the efficiency of PV power generation is very low and the cost of it is very high. Researching focus of this paper is that how to improve the efficiency of photo-voltaic cells. The concreting realization of thinking show below. According to the output characteristics of photovoltaic cells, using the DC/DC converter of Buck-Boost toachieve loss-free resistance type applied to the MPPT control system. By MATLAB simulation validated, the maximum power point tracking method of loss-free resistance tracks more quickly. And when tracking tomaximum power point, it can work near the maximum power point steadily. So it not only improves efficiency, but also reduces unknown interference or misjudgment of the traditional method.
最大功率范文第5篇
关键词 最大功率点跟踪；DC-DC；光伏电池
中图分类号 TM615 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）112-0116-02
伴随着能源匮乏，环境日益恶劣，绿色能源受到越来越多的关注，也得到了越来越多的使用。作为绿色能源中最丰富的太阳能，由于其可再生性、清洁性及取之不尽、用之不竭等特点，正在发展成为世界能源组成中的重要部分。但是，目前太阳能光伏发电由于发电成本高、转换效率低等问题并未大规模投入使用。因此，如何更有效地利用太阳能是该领域研究的热点问题。若想更有效地利用太阳能，提高电能转换效率，那么跟踪光伏电池板的最大功率点是有效途径。所以，太阳能光伏电池最大功率点跟踪控制系统的研究具有很高的实际意义和应用价值。
1 太阳能光伏电池发电原理及特性分析
1.1 光伏电池发电原理
光伏电池是一种直接将光能转化成电能的能量转换器，它的工作原理是以半导体P-N结上接受太阳光照产生“光生伏特效应”为基础。所谓的“光生伏特效应”是指物体吸收光能后，其内部传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流和电动势的效应。
1.2 光伏电池输出特性
光伏电池的输出特性与负载的关系是指在一定的光照及温度的情况下，负载RL与输出电压、输出电流以及输出功率的关系。在光照强度与温度相同的情况下，输出功率随着负载电阻的变化而变化。当负载电阻大小为RM时输出的功率最大，该点既为光伏电池最大功率点。
2 系统组成
本系统是一种基于单片机控制的光伏发电最大功率点跟踪控制装置，以实现对太阳能的高效利用。光伏电池板将太阳能转换为电能，经DC-DC模块给蓄电池充电，为负载提供电能。检测模块与控制器实时检测光伏电池板的输出电压与电流，根据控制器内置控制策略——电导增量法，计算出下一次控制器输出的控制信号PWM的占空比，控制信号经驱动隔离电路送给DC-DC模块，通过改变开关管MOSFET的开通与关断时间的比来控制光伏电池的输出功率，从而达到对光伏电池最大功率点跟踪的效果。
2.1 DC-DC模块电路
在最大功率跟踪控制系统中，DC-DC模块是整个电路的核心部分。我们采用的是改进型升降压斩波电路Cuk斩波电路，同时Cuk斩波电路有一个明显的优点，即其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。同时可以满足需要对光伏电池最大功率点快速跟踪与需要对蓄电池进行最大功率和恒压充电的要求。本电路开关管采用MOSTET管，经实验验证能够稳定运行。
2.2 检测模块
要想跟踪光伏电池最大功率点，实时检测光伏电池输出电压与输出电流是必不可少的。太阳能最大输出功率模块包括电压检测电路、电路检测电路和AD转换电路三部分。下面将详细对两部分电路做以介绍。
2.2.1 电压检测电路
电压检测电路电路包括三个部分：输出电压电阻分压部分，通过这一部分得到0～3.3V 的电压，使电压在AD转换芯片所能接受的范围；然后再通过一个二阶滤波电路，减小高频信号的干扰，得到平稳的电压信号；最后再通过一个电压跟随器，将输出电压钳制在3.3V以下。
2.2.2 电流检测电路
该电路采用的电流传感器采用霍尔电流传感器ACS712，具有大带宽，高灵敏度，及稳定的偏执电压的特点。该电路将采集到的电流信号转换成电压信号，并使输出电压值在AD芯片接受范围内。
2.2.3 AD转换电路
采用的AD转化芯片是TLC2543，它具有三个控制输入端，采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微机进行连接。该芯片具有的多通道串行输入的特点，可以满足系统需同时采集多项电压、电流的要求。经AD芯片转换之后将光伏板电压、电流模拟信号转换成数字信号后送至单片机。
2.3 驱动隔离电路
驱动隔离芯片采用光耦芯片TLP250。该芯片是一种可直接驱动小功率MOSFET的功率型光耦，最大驱动能力达1.5A 。之所以选用TLP250是因为光耦既保证了功率驱动电路与PWM脉宽调制电路的可靠隔离，又具备了直接驱动MOSFET的能力，使驱动电路变的简单。
2.4 稳压电路
系统中控制器由蓄电池供电，由于蓄电池电压为12 V与控制器的电源电压5 V不相吻合，所以要用7805稳压芯片进行稳压，保证了蓄电池的输出电压可供数字芯片使用。为了更稳定的输出电压，对稳压芯片的输入输出端进行了滤波。稳压输出的5 V为系统中的控制器、显示屏及除光耦TLP 250外其它芯片提供电源。稳压电路包括防反冲二极管D、稳压芯片7805、滤波电容（CD1、CD2、C1、C2、C3），其中CD1、CD2为电解电容。
2.5 控制器
控制器太阳能光伏电池最大功率跟踪系统的核心，该系统控制器采用STC89C52。为了使控制器能正常的工作，需要建立单片机最小系统，包括时钟电路、复位电路。控制器由稳压电路提供电源，与检测电路相连接接收处理电压与电流信号，通过内置算法来产生PWM波，经驱动隔离电路来控制DC-DC电路中MOSFET开关管的开通与关断，来实现太阳能电池板最大功率的跟踪。
控制器的最小系统中还包含显示模块和串口下载模块。显示模块可以实时显示系统所采集的电压和电流值；串口通讯模块可以实现对单片机内部程序的下载和更新。
3 控制算法
3.1 跟踪原理
由光伏电池输出特性可知，在任意光照强度和环境温度下，光伏电池都存在一个最大功率点，且随着负载的变化而变化。若要提高光伏发电系统的整体效率，一个重要的途径就是实时变更系统负载特性，即调整光伏电池的工作点，使之能在不同的光照强度和环境温度下始终让光伏电池工作在最大功率点附近。
为了实时变更系统负载特性，本系统采用的光伏电池最大功率点跟踪器是一个DC-DC模块，因此可将光伏电池等效为直流电源，DC-DC模块看成外部负载。光伏板实际所接的等效负载时DC-DC变换器的占空比和其所带负载的函数，通过调节控制信号PWM占空比就可以达到改变光伏电池等效负载的目的，使之在不同的外部环境下，始终使负载与光伏电池相匹配，是光伏电池工作在最大功率点，从而实现最大功率跟踪。
3.2 跟踪算法
本系统的MPPT方法采用改进型电导增量法，其控制流程图如图1所示。根据改变步长值的大小来改变占空比，从而通过脉宽调整方法生成PWM信号驱动开关器件来改变输出电压的设定值，最终实现MPPT。这种方法控制精确，响应速度快，适用于外部条件不断变化的情况，但对于硬件精度要求比较高，因而整个系统对硬件的要求也比较高。
4 结论
电导增量法控制精确，响应速度比较快，适用于大气条件变化较快的场合。但是对硬件的要求尤其是传感器的精度要求比较高，系统各个部分响应速度都要求比较快。本文所设计的光伏发电系统在光强和温度大范围变化的情况下具有高速、稳定跟踪的特性。
图1 控制流程图
注：本文系“北京信息科技大学大学生科技创新计划项目”资助的研究成果。
参考文献
[1]赵争鸣，陈剑，孙晓瑛.太阳能光伏发电最大功率点跟踪技术[J].北京：电子工业出版社，2012.
