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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2023, Vol. 57 Issue (7): 1450-1459    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.07.020
电气工程     
基于空间域dP/dV计算的光伏控制方法
倪佳华1(),项基1,*(),赵波2
1. 浙江大学 电气工程学院，浙江 杭州 310027
2. 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，浙江 杭州 310014
Spatial-domain dP/dV calculation based photovoltaic control method
Jia-hua NI1(),Ji XIANG1,*(),Bo ZHAO2
1. College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2. State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute, Hangzhou 310014, China
 全文: PDF(3176 KB)   HTML
摘要：

为了消除基于扰动观测方法下的光伏系统输出稳态振荡，针对当前步长计算中dP/dV存在的零分母问题，以空间上相邻的数据计算dP/dV，去掉扰动观测，直接以dP/dV作为控制变量. 在稳态下，避免了零分母问题，实现了稳态时无振荡；在动态下，高频的信号更新反馈保证了快速的动态跟踪过程. 统一了最大功率跟踪模式(dP/dV = 0)和功率热备模式(dP/dV < 0)，可以在不同的d P/dV参考值下实现优秀的输出性能. 在Matlab/Simulink仿真和实物实验中，通过与传统P&O算法及最新MPPT算法的对比，证明了所提算法在最大功率跟踪性能上的优势；与基于时域dP/dV计算的控制方法对比，证明了所提算法在功率热备输出性能上的优势.
关键词： 光伏（PV）;  最大功率跟踪(MPPT);  功率热备;  稳态振荡    
Abstract:

A novel approach was proposed to address the zero-denominator issue encountered in the current step calculation of dP/dV in order to eliminate steady-state oscillations in the output of photovoltaic (PV) system based on the perturbation and observation (P&O) method. dP/dV was calculated based on data from adjacent points in space, eliminating perturbation observation. The dP/dV value was directly used as the control variable. The zero-denominator issue was circumvented in the steady state, ensuring zero oscillation. The high-frequency signal updating feedback guaranteed a swift dynamic tracking process during dynamic states. The maximum power point tracking mode (dP/dV = 0) and the power standby mode (dP/dV < 0) were unified, achieving excellent output performance under various d P/dV reference values. Both Matlab/Simulink simulations and physical experiments were conducted. The superiority of the proposed algorithm in terms of maximum power tracking performance was demonstrated by comparing with traditional P&O algorithms and the latest MPPT algorithms. Further comparison with control methods based on time-domain dP/dV calculation showed the advantage of the proposed algorithm in power standby output performance.
Key words: photovoltaic (PV)    maximum power point tracking (MPPT)    power reserve    steady state oscillation
收稿日期: 2022-07-08 出版日期: 2023-07-17
CLC:  TM 91  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目（62173295）
通讯作者: 项基     E-mail: nijiahua@zju.edu.cn;jxiang@zju.edu.cn
作者简介: 倪佳华（1991—），男，博士生，从事光伏系统控制的研究. orcid.org/0000-0002-8614-1140. E-mail： nijiahua@zju.edu.cn
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倪佳华
项基
赵波

引用本文:

倪佳华,项基,赵波. 基于空间域dP/dV计算的光伏控制方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2023, 57(7): 1450-1459.

Jia-hua NI,Ji XIANG,Bo ZHAO. Spatial-domain dP/dV calculation based photovoltaic control method. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2023, 57(7): 1450-1459.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2023.07.020    或    https://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2023/V57/I7/1450

图 1  KC200GT阵列在不同的温度和辐照度下的特性曲线
图 2  基于空间域dP/dV计算的光伏系统控制结构
图 3  空间域的定义
图 4  空间域dP/dV计算的流程图
图 5  不同δ下的dP/dV跟踪精度
图 6  不同δ下的dP/dv跟踪快速性
参数 参数值
电容C/μF 1 000
电感L/mH 3
开关频率 fs/kHz 20
电池电压 Vb/V 110
MPP处功率 Pmpp/W 1 601
MPP处电压 Vmpp/V 52.6
MPP 处电流 Impp/A 30.44
开路电压 Uoc/V 65.9
短路电流 Isc/A 32.8
表 1  光伏系统参数
图 7  不同MPPT算法下的光伏输出
图 8  不同dP/dV计算方法下的功率热备输出
图 9  光伏发电实验装置
图 10  辐照度和温度的变化曲线
图 11  基于所提空间域dP/dv计算方法的光伏输出
图 12  传统P&O MPPT算法下的光伏输出
图 13  SOFT-MPPT算法下的光伏输出
图 14  基于时域dP/dV计算的方法在不同dP/dV参考值下的光伏输出
图 15  基于空间域dP/dV计算的方法在不同的dP/dV参考值下的光伏输出
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