最大功率十篇

最大功率篇1

标称功率是厂家标称的功率，最大功率是产品的实际最大功率。产品的实际功率一般不是整数，比如说是511、3瓦，厂家不可能把这个小数都标出来的，很有可能就标500瓦，那么标称功率就是500瓦。国家一般对于产品的功率是有规定的上下偏差的，比如说正5%，负10%。产品的实际功率只要是落在这个标称范围内，就是符合国家的要求。

（来源：文章屋网 http://www.wzu.com）

最大功率篇2

（1.西安科技大学工程训练中心，陕西 西安 710054；2.国网甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州 730000）

【摘要】光伏发电系统中提高效率的重要方法之一就是最大功率点跟踪。本文在分析恒压法，扰动观察法的基础上，将两者结合，提出了恒压法结合扰动观察法的思路，并对其进行仿真。有效避免了扰动观察法在最大功率点附近的震荡现象和恒压法控制精度不够高的缺点。

关键词 Boost电路；最大功率跟踪；恒压法结合扰动观察法

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题成为制约社会经济发展的瓶颈时，我们开始寻求经济发展的新动力，由于太阳能分布广泛，不受地域限制，可直接开发和利用，不需要开采和运输。无污染，能源巨大等优点无疑成为经济发展的新动力，而太阳能的主要使用方式是光伏发电。光伏发电是利用光伏电池这种半导体器件，有效吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式。

1　光伏电池的原理结构及其输出特性

1.1　光伏电池的原理结构

光伏电池是能量转换的器件，有光照时，光伏电池吸收光能，电池两端出现正负电荷的累积，即“光生伏特效应”，使得光伏电池的两端产生电动势，将光能转换成电能。光伏电池的基本特性类似于二极管。具有适当能量的光子入射于半导体时，光与半导体相互作用产生电子和空穴，并分别聚集于两个电极部分，即负电荷和正电荷聚集于两端，有电荷流动产生电能。这与传统的发电方式相比，没有噪声也不排出废气，是清洁的发电方式。

1.2　光伏电池的输出特性

光伏电池的伏瓦特性曲线受光强和温度的影响很大，不同温度和光强下的最大功率点也不相同，光强越强，光伏电池输出的功率也就越大，温度则相反，温度越高，输出功率反而降低，但是幅度不是很大。由于一天中光强和温度都在不断的变化之中，为了使光伏电池在任何温度和光照下都能实现最大功率输出，就需要加入最大功率跟踪控制器。

2　光伏阵列MPPT控制方法

光伏阵列对整个太阳能光伏发电系统起着很重要的作用，是电能的来源。光伏阵列的输出功率受光照强度和温度等因素的影响，是非线性的。而且，输出功率也会随着负载变化，只有当两者实现阻抗匹配时，光伏阵列才能输出最大功率，这时的工作点称为光伏阵列的最大功率点 (Max Power Point，MPP)。根据外部环境参数和负载的不同来调节光伏阵列，使其输出最大功率，这个调节过程叫做最大功率点跟踪 (Max Power Point Tracking， MPPT)。本文分析了恒定电压法，扰动观察法存在的缺点，提出了恒压法结合扰动观察法，并进行了仿真研究。

2.1　恒定电压法

恒定电压 (Constant Volitage)法，光伏阵列在最大功率输出点时的工作电压，与开路电压存在近似的比例关系。利用这个特性进行控制的最大功率跟踪控制法，即恒定电压法。

当忽略温度影响时，针对光照强度这一因素的影响，其输出特性曲线的最大功率点几乎分布于一条垂直线L的两侧，这说明太阳能电池输出的最大功率点大致对应于某个恒定电压，这就大大简化了系统MPPT的控制设计，即人们仅需从生产厂商处获得Um数据并使太阳能电池的输出电压钳位于Um值即可，实际上是把MPPT控制简化为稳压控制，这就构成了CVT式的MPPT控制。

2.2　扰动观察法

不断给光伏电池的输出电压或输出电流施加微小的扰动，并判断每施加一次扰动后功率的变化方向，从而确定下一时刻电压扰动量的大小（步长）和方向。在进行寻优搜索的程序流程中引入了一个参考电压Uref ，为了让U不断地跟踪Uref ，在寻优过程中不断地更新，使Uref逐渐逼近相应于阵列最大功率点的电压。

扰动观察法不能迅速跟踪最大功率点，输出功率在最大功率点附近发生振荡，还会出现误判现象，且不能迅速跟踪最大功率点。

2.3　恒压法结合扰动观察法

恒压法只能保证光伏电池工作在最大功率点附近，扰动观察法在最大功率点附近有振荡现象，所以当外界环境或负载发生突变时，由恒压法实现最大功率跟踪，当系统实现恒压法控制的目标后，在最大功率点附近采用扰动观察法。步长可远小于传统扰动观察法中的扰动步长，在稳态时可有效减小系统在最大功率点附近的振荡现象。流程图如图1。

系统在k时刻光伏阵列的输出电压及输出电流分别为K和I，根据光伏阵裂的输出电压判断系统的工作状态:①如果光伏阵列的输出电压在恒压控制算法设定的电压士V之外，执行恒压控制算法;②光伏阵列的输出电压在恒压控制算法设定的电压士v之内，进行小步长的扰动观察法;③修改恒压控制算法设定的电压为K。该过程不断重复直到p近似等于零，此时系统工作在最大功率点。

图1　恒压法结合扰动观察法流程图

3　基于MATLAB/SIMULINK的MPPT算法的仿真分析

为了验证所提方法的有效性，分别对扰动观察法与恒压法和扰动观察法相结合法进行了仿真验证，仿真对象为上面提到的太阳能电池板，标准环境参数下的检测值分别为Isc=1.02A，Voc=23.77V，Im=0.83A，Vm=16.89V。使用扰动观察法，恒压法结合扰动观察法进行最大功率跟踪。由光伏电池的输出电压、实时温度值、光照强度、短路电流等参数计算出光伏电池的输出电流，并假定负载为恒压源负载，光伏电池和负载都用Boost电路进行最大功率跟踪。下图为光强度恒定为1000W/S2同时温度为25℃时的输出波形。

可见虽然两种方法都能实现最大功率点的追踪，扰动观察法输出功率虽然稳定一个小范围之内，但是振荡严重，能量损失较大，且出现了误判现象。而恒压法结合扰动观察法有效地减少了最大功率附近的振荡，并能迅速实现最大功率的追踪。

4　结论

本文使用MATLAB/SIMULIK对光伏电池建模仿真，得到其输出特性，证明光伏电池的存在最大功率点。在深入了解各种最大功率算法的优缺点基础上，提出改进方案，即将恒压法和扰动观察法相结合，并通过MATLAB仿真，验证了所提方案有效的提高了光伏电池的效率。

参考文献

［1］冯垛生，宋金莲，赵慧，等.太阳能发电原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007.

［2］罗建军，杨琦.精讲多练MATLAB[M].西安：西安交通大学出版社，2010.

［3］张森，张正亮.MATLAB仿真技术与实例应用教程[M].北京：机械工业出版社，2004.

［4］王富卿.光伏并网发电系统最大功率跟踪算法的稳定性研究[J].电网与清洁能源，2010，26(10):66-70.

［5］王武军.太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪研究[D].陕西师范大学，2009.

最大功率篇3

勇士是北汽汽车旗下推出的一款紧凑型SUV，这款车的官方指导价格为9.98-16.17万元。

为了满足不同消费者对用车的需求，这款车还推出了不同动力车型，分别是柴油版车型和汽油版车型。

在动力方面，汽油版车型搭载的是2.0T和2.4T涡轮增压发动机，其中，2.0T发动机的最大功率为140kw，最大扭矩为250牛米，2.4T发动机的最大功率为150kw，最大扭矩为320牛米，在传动系统方面，与发动机相匹配的是6挡手动变速箱。

柴油版车型搭载的是一台2.5T涡轮增压柴油发动机，这台发动机的最大功率为95kw，最大扭矩为320牛米，在传动系统方面，与发动机相匹配的是6挡手动变速箱。

最大功率篇4

关键词：太阳能；光伏电站；太阳辐射；MPPT；控制方法

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.145

、0 引言

太阳能是一种可再生的清洁能源，具有取之不尽，用之不竭的特点，随着不可再生能源的不断枯竭，太阳能得到人们更多的开发和利用，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。讨论太阳能利用技术及其发展趋势，对于太阳能的发展和利用起到重要作用。近年来，新能源在全球能源结构中的地位显著提升。[1]多种太阳能热利用方式的综合发展，将为世界节能减排以及煤油替代和能源消耗结构调整做出巨大贡献，将有非常巨大的发展空间。

1 国内外光伏发电最大功率点跟踪技术的研究现状

光伏发电具有清洁、安全、无污染等优点，但目前，由于光伏发电系统成本高，其应用受到很大的影响。通过提高光伏转换效率，降低单位功率输出的成本，提高了使用寿命。

光伏发电功率预测技术和最大功率点跟踪技术已受到了全球的关注，最大功率点跟踪技术备受其国外学者的青睐。目前光伏发电最大功率点跟踪技术也已成为国内热门研究的技术之一。

2 光伏发电最大功率点跟踪控制方法

2.1 非自寻优的MPPT控制方法

曲线拟合法[2]：由于需要测量温度和太阳光强度，增加了系统的复杂性，并且可以根据时间的推移改变光伏特性曲线。所以此方法并不广为所用。

2.2 自寻优的MPPT控制方法[3]

此类方法是目前研究比较广泛的控制方法，因为此类方法不直接检测外界环境的因素变化，而是依据直接检测到的光伏板阵列上的电压和电流来进行最大功率点的跟踪。

干扰观察法：该方法的优点是控制算法比较简单，对电量传感器的精度要求不高。其缺点是

A.总是在附近的最大功率点的光伏冲击操作，会产生一定量的功率损耗。

B.跟踪步长的设定难以兼顾跟踪精度和响应速度，并且有时会出现判断错误的现象[4]。

目前已有文献针对干扰观察法的缺点进行了研究改进，提出了多种改进的方法和对策。

3 三种典型MPPT方法的比较（见表1）

4 MPPT控制方法研究发展方向

（1）数学模型逐步优化、智能处理方法广泛应用。基于模糊逻辑和人工神经网络的MPPT控制方法进行了介绍，虽然人工智能中有许多缺陷，但它仍然比在某些方面，人类的思维。

（2）多种控制方法的有机结合[5]。由于各种MPPT方法有一些缺点和局限性，改善它必须支付实施难度和成本的价格，各种方法的有机结合，可以避免弱点，还可以充分发挥各种方法的优势。

5 结语

本文介绍了光伏发电最大功率点跟踪技术的几种方法，并对其优缺点进行了剖析和对照。对目前在最大功率点跟踪技术领域存在的一些问题进行了讨论。如何将各种最大功率点跟踪控制方法有机结合，相互补充，使其能够更好的满足实际需要，是今后光伏阵列最大功率点跟踪控制研究的方向。

参考文献：

[1]易翔. 光伏功率预测系统的研究与实现[D].北京工业大学，2013.

[2]卢静，翟海青，刘纯，王晓蓉.光伏发电功率预测统计方法研究[J].华东电力，2010（04）：563-567.

[3]杨蕾.太阳能光伏电站输出功率预测研究[D].兰州交通大学，2014.

最大功率篇5

关键词；独立运行；风力发电；功率控制

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 18-0000-01

因为风力发电机的使用较早，所以相应的工艺较为完善，被广泛的使用。而且所产生的电能被良好的保存并进行远距离的传输所产生的电能给用电量大的地区和电力匮乏的地区，尽管风力发电成本较低，而且后期的维护保养费用较小，但是不通过合理的优化和新技术的应用很难提高原有的风力发电的低效率，如果将风能更好的转换成电能就成了当务之急，要想更好的在现有的环境中、气压中更好的获得最优功率，这就需要改变机片的节距角，从而提高效率，对风电机进行完成的控制，但是这种方法不适合小型的独立的发电机，这就需要另外特殊的结构来实现小型电机的最大功率发电。

一、风力发电机结构设计

机舱：其中包含了齿轮变速箱、驱动发电机。机舱的一端有转子、机片以及转轴。机片是为了更好的获得发电机所在地的风能，并且其他两个装置为了将所获得的风能传输给内部。发电机600kw以上的功率的产能，其上面的机片需要每片的长度要在20米以上。转轴中心：需要通过机械结构使轴心附在低速轴上。低速轴：将接卸转轴的中心和内部的齿轮变速箱联系在一起。因为低速转轴上的转动非常的缓慢。每分钟才能旋转20到30下。因为轴内部有一个液压导出系统，用来控制空气阀门的运行。齿轮变速箱：齿轮变速想分为低速和高速两种转动轴，低速的速度只有高速轴的五十分之一。发电机：一般也叫做感应发电机，现代的发电机，最大输出功率通常在500到2000KW左右。偏航装置：利用转动机舱带动转子获得外界的风能。偏航装置通常利用电子信息装置进行控制。这个高科技电子装置有能力感知四周环境的风向。一般来讲在风向改变时，风力发电机也会偏转一定的角度。控制器：由一台高效率计算机控制的对控制系统进行实时监控。并且为了防止故障的发生，应该设置成有问题出现时自动切断能量提供，还能及时反馈给监控中心的监控人员。液压系统：对空气阀门进行缓冲和重置的系统。冷却系统：主要部件由一个风扇构成，用于当风扇过热时进行冷却。当然一些地区的发电机仍然采用冷水冷却法。主干塔：越高的塔对于风能转化成电能的优势越到，因为风速和距离地面的距离是成正比的。现在发电机高度一般为50到70米。可以称为管状塔或者格子塔。同时要配备相应的日常保养专业人员，做好日常维护工作。而且管状塔对于维修人员更安全不会有危险，造价也便宜。

二、发电机组的设计原理

发电机组通常使用国内采用的同意标准控制结构。对于这种类型的最高效率的系统，性能优异，作为功率和转速核心数据通常被妥善的保存在发电机组的单片机中。为了获得最优功率，并且对实际最大功率对理论值的比较。会在比较过程中产生一定的误差，为了控制误差，应该在输出功率值得到后，和转速-最优功率特性比进行比较。目标值与实际值的比较通常用DC功率变换器进行控制。在永磁场发电系统中，电压和电流的输出值一定是和转动力矩以及转速成一定的比例的。计算电压值才能得到准确的转速值。而对于最优效率的输出值，则必须通过计算机大功率运算进行最优解运算值得到。变换器的数值要在最优功率特性值的得到才能得出。但是以上的办法也是有缺点，例如精确性不是很高，并且因为设备的老化也会造成测量数值的误差，另外还有一种方法，能测定功率特性的数值。并且采用双层双阶梯式的神经网络预测系统对风力发电的功率进行实时监控，调整数值。但是在实际的发电过程中还是会因为风速的不稳定造成持续不断的数值变化，以及网络的不断监控，造成反应时间的变慢。因为风速的控制系统需要测量风速，还要计算出实时转速，得出的数值同样要和最优值进行比较。误差值的产生就不可避免了。但是随着现代科技的不断发展这一状况通过技术人员的经验和科技的变革已经得到很大的发展。并且对于风力和电网系统的分离精确控制已经基本实现。控制器因为风力发电系统的最优值和风速值的多项数据近似。因此除了以上的仪器之外，随着技术的更新，需要引进一种名为高精度风速仪的设备对风速进行精确的控制，但是缺点是会增加控制系统的难度和操作人员的便利性带来一定的困难。这篇文章进行了对风力发电最大效率跟踪测试的方法的描述。这种系统名叫MPPT监控系统。用于测量输出电压电流值并且对于风电机的输出功率也能精确测量。得出的结论能直接调节DC变换器的空置比。有了这种系统因为其优秀的特性，所以不再需要堆风速进行测定。虚拟电阻的阻断值不能太高，这样才能有效的保障风力发电机的正常运转。MPPT监控系统不受额额定风力值和转速的影响，也不受DC变换器的影响。即便这种办法测试了DC变换器的功率，如果需要堆逆变控制系统进行适当的调整，还需要拓展到外部的网装置中。因为该系统围绕在低功耗的单片机的周围，所以可以轻松的实现与单片机以及电池充电和收集控制系统的无缝衔接。

三、结束语

作为一种新型的现电最大优化功率的系统的控制器，组成由高校的DC变换器和围绕单片机的控制单元组成。此方法有很多优点现简单归纳如下：（1）无需风速测量和最优功率值的精确值；（2）周围环境影响风速的时候，减轻内部转轴、齿轮等部件的磨损。同时长远来看这样减少了更换部件和维护的费用。提高的生产效率。通过大量的测试结果可以知道，因为整合在一起的输出电流系统和风力发电机的电池储存组相比，整体上输出的最大功率提高了百分之三十以上。大大提高的产能，同时这种方法在低风速的环境中，也能大大提高风力发电机的发电功率。

参考文献：

[1]游叶英，叶俊.机电一体化专业必备知识与技能手册[M].武汉：华中科技大学出版社，2013，7.

[2]卢佳.浅谈小型风力发电技术[J].科学之友（B版），2013（6）：155-156.

最大功率篇6

关键词：光伏系统；最大功率点跟踪；占空比；改进模式搜索算法

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）11-00-03

0 引 言

由于太阳能具有取之不尽、分布广泛的特性，所以光伏发电技术在新能源领域脱颖而出，为了能够实现光伏系统输出功率的最大化，需要对光伏阵列的最大功率点进行跟踪。目前有很多算法可以确定系统的最大功率点[1-3]，如查表法、曲线拟合技术、开路电压法、短路电流法、扰动观测法、电导增量法等。查表法和曲线拟合技术需要很大的数据存储空间；开路电压法和短路电流法不适合工作条件发生变化的场合；扰动观测法会在最大功率点附近产生振荡；电导增量法实现过程比较复杂。然而尽管恒压法能够实现MPPT的基本功能并在光伏发电现场得以广泛应用，但在使用过程中无法引入外界条件参量的变化情况，难以实现MPPT的高精度搜索功能。模式搜索算法[4，5]具有很强的细搜索能力，因此将改进的模式搜索算法与恒压法结合用于最大功率实时精确跟踪。

光伏发电系统主要包括光伏阵列、MPPT功率级、控制器、负载几部分[6]，而最大功率点跟踪主要由MPPT功率级和控制器来控制，对此本文首先建立功率级输入端的模型[7， 8]，然后应用改进的PSA算法优化控制器使其精确改变占空比，实现最大功率点的稳定跟踪。

1 光伏组件模型及最大功率点控制

光伏组件功率级输入端即光伏组件的输出主要是产生的电流信号和电压信号，设在参考条件下，构建考虑太阳辐射变化和温度影响时的光伏发电系统中光伏电池阵列数学模型如下式：

（1）

式中，U为光伏电池阵列电压，I为对应的输出电流，，，

，，

，；Sref为太阳辐射参考值，取1 kW/m2；Tref为温度参考值，取25℃；Isc为短路电流，Uoc为开路电压，Im、Um分别为最大功率点电流和电压，为电流随温度变化系数，为电压随温度变化系数，以上参数都在Sref、Tref条件下获取；Rs为光伏模块串联电阻；S为总太阳辐射，Tc为太阳电池温度，Ta为环境温度，tc为电池模块温度系数。

当负载电阻和内阻相等时会产生最大的输出功率。由于光伏阵列产生的功率会随太阳辐照度和温度变化而变化，因此参数的变化也会引起光伏电池的输出特性变化，可根据输出特性实时调整负载，使其与光伏阵列内阻相匹配，实现最大功率点跟踪。

2 仿真实验与分析

2.1 光伏电池功率曲线特性

实验采用的太阳能电池板在光辐射度为1 000 W/m2，温度为25℃的标准测试条件下的基本参数为：Im=5.5 A、Um=36.3 V、Uoc=43.5 V、Isc=5.85 A。基于Matlab/SimuLink工具箱构建的光伏电池仿真模型如图1所示。

由图2（a）可知，最大功率点处电压受光辐射度影响较小，电流值随着光辐射度的增加而增大；由图2（b）可知，最大功率点处电压随着温度的升高而降低，电流值受温度影响较小。

2.2 MPPT功率级和控制器

MPPT算法的主要组成部分包括系统的功率级和控制器，功率级为DC-DC变换器的主电路[9， 10]，通过调整IGBT的导通时间和辅助电路完成升降压功能；控制器主要用于产生控制IGBT通断的PWM控制信号，与功率级共同作用，调整负载与光伏阵列内部阻值动态匹配，实现最大功率点跟踪。MPPT控制算法实现过程如图3所示。

图3中，改进的PSA算法和恒定电压法均包含于控制器部分[11]，改进的PSA算法根据外界环境变化实时计算出最大功率点处电压Umax作为恒定电压法的参考电压，从而改善了经典恒压法使用固定电压值导致其忽略外部环境不足的问题，可大大提高最大功率点跟踪的精确性。

2.3 改进的PSA算法

为实现当外界环境变化时，光伏发电系统能够对最大功率点进行精确跟踪，避免传统跟踪方法的缺点，提高光伏发电系统的输出效率，本文提出了基于改进的PSA算法的最大功率点跟踪方法。其流程图如图4所示。其中，搜索分段数=10，电压间隔=Uoc/，初始步长=/4，初始电压值U（1）=[， 3， …， Uoc-]T，初始点xi=Ui（1），方向因子=[1，-1]，速度因子c1=2，终止条件=10-3，c2=2，k=1，全局比较因子=/100。

2.4 优化控制输出

将改进的模式搜索算法实时计算得出的最大功率点处的电压替换恒压控制法实现最大功率点跟踪时的固定电压值，并构建其整体的仿真模型。其具体架构如图5所示。

图5 基于改进PSA的MPPT仿真模型

按照实际原型参数进行设定，为验证跟踪的效果，当系统从温度25℃、光辐射度从1 000 W/m2变化为800 W/m2时，其仿真结果如图6所示。

根据图6可知，该系统在光辐射度变化的条件下能够快速做出调节，使其工作在最大功率点附近，且稳定性较好，改善了传统恒压方法无法对系统进行及时调整，使其工作至最大功率点的现象。

3 结 语

为了实现光伏发电系统最大功率点的准确跟踪，本文结合经典的恒压控制法提出了基于改进PSA算法的光伏最大功率点跟踪方法，对光伏系统最大功率点跟踪中功率级输入端特性曲线和MPPT控制算法进行了深入分析，通过比较可知：

（1）最大功率点处电压、电流值可随光辐射度和温度的变化而变化；

（2）可以通过外界环境变化实时计算出参考电压，改善经典恒压法，进而提高最大功率点跟踪的精确性；

（3）该系统在光辐射度变化的条件下能够快速调节，始终工作在最大功率点附近，稳定性较好。

参考文献

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[3]Al-Sumait JS， Al-Othman AK， Sykulski JK. Application of pattern search method to power system valve-point economic load dispatch[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems， 2007， 29（10）： 720-730.

[4]Salas V， Olias E， Barrado A， et al. Review of the maximum power point tracking algorithms for stand-alone photovoltaic systems[J].Solar energy materials and solar cells， 2006， 90（11）： 1555-1578.

[5]黎静华，韦化.基于模式搜索算法的电力系统机组组合问题[J].电工技术学报，2009，24（6）：121-128.

[6]吴理博，赵争鸣，刘建政.用于太阳能照明系统的智能控制器[J].清华大学学报（自然科学版），2003，43（9）：1195-1198.

[7]Fermia N， Granozio D， Petrone G， et al. Predictive & adaptive MPPT perturb and observe method[J]. Aerospace and Electronic Systems， IEEE Transactions on， 2007， 43（3）： 934-950.

[8]卫东，楼洪，肖昌允.太阳能光伏输出特性最大功率点计算与模型参数求解[J].中国电机工程学报，2013，33（10）：121-127.

[9]Vaz AIF， Vicente LN. A particle swarm pattern search method for bound constrained global optimization[J]. Journal of Global Optimization， 2007， 39（2）： 197-219.

最大功率篇7

【关键词】混合能源系统；太阳能光伏系统；风力发电系统；最大功率点跟踪

1、引言

风能和太阳能是环境友好型的能源，它们是世界上增长速度最快的能源。最近几年，使用包括太阳能光伏发电和风力发电等新能源越来越具有吸引力。发展中国家的偏远山区或者是远离主要传输线的农村，小规模单机发电系统是一种很好的选择。

使用混合发电系统确保了负荷需求的稳定性，通过把风力发电和太阳能发电与能量存储技术结合起来可以获得更高的发电容量并且可以克服发电输出的波动。为了得到一个恒定的功率输出，必须具有一个有效的能量存储系统。风力发电和太阳能光伏发电所发出的电能可以通过蓄电池或电容器能量存储系统来储存。

在本文中，一个包括不同风速和不同太阳光照的混合发电系统给一个单独负荷提供持续的电能。风力系统和太阳能系统作为主要的能源，燃料电池作为后备能源。同时，使用了一种基于改进型的电导增量法来实现太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪。

2、混合发电系统的结构

图1所示的混合发电系统包含风力发电系统和太阳能光伏发电系统，它们分别通过各自的直流变换器并联连接到公共直流母线，再经过逆变器给负荷提供电能。

2.1风力发电系统

2.1.1理想风力机的功率输出

任意控制体内空气能量方程如下所述：

2.1.2实际风力机的功率输出

通常用功率系数Cp来表示实际风力机从风中所吸取功率的比例。因此，实际风力机的功率输出可用下式来表示：

功率系数CP并不是常数，其值随来流风速、风轮转速、叶片参数（如攻角、浆距角）变化。通常可以将功率系数CP表示成叶尖速比λ和浆距角β的函数。其中叶尖速比λ的表达式如下：

式（4）

式中，WR为风力机转动的角速度，单位为rad/s；VW代表来流风速，单位为m/s。可以通过转速来计算角速度WR[1]-[3]。

当叶尖速比λ在理想值下，功率系数Cp具有它的最大值，此时风力发电机输出功率最大。在实际设计实例中，对高速风力机而言，功率系数Cp的最大取值范围在0.4—0.5之间。对低速风力机而言，功率系数Cp的最大取值范围在0.2—0.4之间。功率系数Cp超过0.4就被认为是比较好的风力机[4]。本文所采用的是Windseeker 503/24v风力机，其典型的功率系数Cp和叶尖速比λ的关系曲线如图2所示。

从图2可以看出，当叶尖速比λ为9的时候，功率系数Cp具有最大值，此时风力机捕获的功率最大。

2.1.3永磁同步发电机

本文使用了一个小型的永磁同步发电机来研究控制直流电压对最大功率捕获的影响，这个模型把风力机直流电压和转子转速联系起来，但是它忽略了磁饱和对铁心的影响。d轴和q轴同步电抗是相同的。发电机电枢电流与转矩和感应电压的关系为：

通过控制发电机的终端电压就可以控制其转子转速。发电机的终端电压可以用下式表示：

假定发电机和二极管整流器直接相连，且电枢电流的基波分量和相电压是同相位的，即上式中的φ为0。于是上式就可以简化为：

根据参考文献[5]，对于三相全桥二极管整流电路，考虑到换相重叠的影响时，其整流侧直流电压可以用下式表示：

从而，依据上面的推导，风速的增加会使叶尖速比λ和功率系数 Cp变小，但风力机转化为发电机的转矩会增加。于是风力机就会加速，从而输出的直流电压就会增加，所以，电枢电流就会减少使得制动转矩减小。这一直将持续到转矩平衡为止[6]。

2.2太阳能光伏发电系统

2.2.1光伏电池的数学模型

光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制作而成的。所谓光伏效应是指半导体材料吸收光能，由光子激发出电子-空穴对，经过分离而产生电动势的现象。光伏电池的I-U特性随日照强度S和电池温度t而变化，即。根据电子学理论，当负载为纯电阻时，光伏电池的实际等效电路如图3所示：

其中---二极管结电流（A），Isc—光伏电流（A）， I0—反向饱和电流（对于光伏单元而言，其数量级为10-4A），q—电子负荷（），K—波尔兹曼常数（），T—绝对温度（）， n—二极管品质因子（当T=330K时，约为 ），RS—串连电阻（为低阻值，小于1），Rsh—并联电阻（为高阻值，数量级为K）[7]。

2.2.2光伏发电最大功率跟踪

当光伏阵列输出电压比较小时，随着电压的变化，输出电流变化很小，光伏阵列类似为一个恒流源；当电压超过一定的临界值继续上升时，电流急剧下降，此时的光伏阵列类似为一个恒压源。光伏阵列的输出功率则随着输出电压的升高有一个输出功率最大点。最大功率跟踪器的作用是在温度和辐射强度都变化的环境里，通过调节光伏阵列的工作点，使光伏阵列工作在输出功率最大点。

目前，常用的最大功率跟踪方法有恒定电压跟踪法、扰动观察法和电导增量法。其中，电导增量法的跟踪准确性最高，在环境快速变化的情况下具有良好的跟踪性能，因此被广泛采用。电导增量法是通过比较光伏阵列的瞬时导抗与导抗变化量的方法来完成最大功率点的跟踪。

达到最大功率点的条件，即当输出电导的变化量等于输出电导的负值时，光伏电池阵列工作于最大功率点。在辐射强度和温度变化时，光伏电池阵列的输出电压能平稳追随环境的变化，且输出电压波动小。电导增量法通过设定一些很小的变化闭值，使光伏电池阵列稳定在最大功率点的邻域内，而不是围绕着最大功率点前后波动。当外界环境发生变化时，从一个稳态过渡到另外一个稳态时，电导增量法根据电流的变化就能够做出正确的判断，而不会像扰动观察法那样出现误判断[8]。

为了提高最大功率跟踪的精度，在一定的温度和光照强度时，当光伏电池的输出功率与当前条件下所能达到的最大功率接近到一定程度时，对它的跟踪步长V进行调制，将U适当变小，使其更精确的跟踪最大功率。在实际运行当中，光照强度突然发生变化瞬间，光伏电池两端的工作电压不会发生明显变化，相反，光伏电池的输出电流会发生瞬间的明显变化。根据这一特点来判断U应采用大步长值U2还是小步长值U1。在系统控制参数的设计时，需要根据具体的光伏电池参数，来确定工作电流的变化量ε的值作为判断标准[9]。改进后的电导增量法流程图如图4所示：

3、仿真结果

本仿真采用的是PSIM仿真软件，混合系统的各组件型号如下所示：光伏阵列采用的是富士电机太阳能电池板ELR615 160Z，750W，它是由3串5并共15个模块组成。当光照强度为时，输出功率最大，为750W。风力机采用的是Windseeker 503/24v，它直接与永磁发电机相连，当风速为时，输出额定功率1000W[10]。图5-7为仿真结果。

仿真结果表明，本文所提出的混合发电系统能够给负载提供恒定的功率输出。

4、结论

本文所提出的包含太阳能光伏发电和风力发电的混合发电系统，通过改进型的电导增量法进行最大功率输出控制，可以实现最大功率输出。在混合系统中，通过使用蓄电池，可以有效的抑制输出功率的波动。

参考文献

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最大功率篇8

一 闭合电路中的四个功率

1 电源的功率：是描述闭合电路中电源把其它形式的能转化为电能快慢的物理量。它在数量上等于总电流i与电源电动势e的乘积，即p=ie

2 电源的输出功率：是指外电路上的电功率，它在数量上等于总电流i与路端电压u的乘积。p出=iu

3 电源内部损耗的功率：指内电阻的热功率，即p内=i?2r

4 电源外部损耗的功率：指外电阻的热功率，即p外=i?2r

二 四功率之间的关系

1 根据能量守恒定律可得p=p出+p内

2 对于纯电阻电路p出=p外

3 对于非纯电阻电路p出≥p外

可见无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路都满足输出功率和热功率的基本定义，而区别在于电源的输出功率和外电阻的热功率的关系。对于纯电阻电路而言两者相等，对于非纯电阻电路而言两者不等。

下面就纯电阻电路的输出功率做进一步的讨论：

由上式可以看出，当外电阻等于电源内电阻时(r=r)，电源输出功率最大，其最大输出功率为e?24r?

当r〉r时，随r增大p出减小，随r减小，p出增大

当r〈r时，随r增大p出减小，随r减小，p出减小，如下图所示：

（因为欧姆定律p=ur只适用于纯电阻电路，所以公式p=u?2r只适用于纯电阻电路，既可以用来求电源的输出功率，也可以用来求外电阻的热功率。）

二 电源效率

电源的效率是指电源的输出功率与电源的功率之比，即

（纯电阻和非纯电阻电路均适用）对纯电阻电路，电源的效率为

由上式看出，外电阻越大，电源的效率越高。

当r=r，p出=p?出m4x?时，η=50%。

外电阻短路即r=0，η=0；

外电路断开时，电源不工作，η=0。

三 典型例题分析

1 如下图所示电路中，已知电源电动势e=3v，内电阻r=1ω，r1=2ω，滑线变阻器r的阻值可连续增大，求：

(1)当r多大时，r消耗的功率最大？

(2)当r多大时，r1消耗的功率最大？

分析与解答：在求r消耗的最大功率时，把r1归入内电阻，当r=r1+r时，r消耗的功率最大；但在求r1消耗的最大功率时，因为r1为定值电阻，不能套用上述方法，应用另一种思考方法求解，由p1=i?2r，可知，只要电流最大，p1就最大，所以当把r调到零时，r1上有最大功率。

解：（1）把r1归为内阻，当r=r+r1=3ω时，r消耗功率最大，

（2）由p1=i2r可知，当i最大时，p1最大，要使i最大，则应使r=0。 当r=0时，消耗的功率最大。

电源的输出功率最大时外电阻的功率不一定最大。外电阻等于内电阻时电源的输出功率最大，当外电阻不能等于内电阻时越接近内电阻电源的输出功率最大。判断外电阻的功率最大时要灵活运用"归内法"和"电流最大法"。

2 有一起重机用的是直流电动机，如下图所示，其内阻 ，线路电阻 ，电源电压 ，电源内阻忽略不计。伏特表的示数为110v，求（1）通过电动机的电流；（2）输入到电动机的功率；（3）电动机的发热功率 ，电动机输出的机械功率。

分析与解答：电源的内阻忽略即不计内电阻的焦耳热，p内=i?2r=0。

（1）电动机为非纯电阻，所以不能直接应用欧姆定律求其电流，可是我们看到r和电动机是串联关系，两者的电流相等。可以通过求流过r的电流来求本题的第一问。

（2）输入到电动机的功率也就是我们上面讨论的电源的输出功率：p入=ui=110×4w=440w

（3）电动机的热功率为电动机的内阻所消耗的热功率：pm=p入-pr=（440-12.8）w=427.2w

结论：①电功 w=iut和焦耳热q=i?2rt，两者并不一定相等。

（1）对纯电阻电路（只含白炽灯、电炉等电热器的电路）中电流做功完全用于产生热，电能转化为内能，故电功w等于电热q；这时w= q=uit=i?2rt。

（2）对非纯电阻电路中的能量转化，电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等。即w=q+e其它。

练习：1、一盏电灯直接接在恒定的电源上，其功率为100w，若将这盏灯先接上一段很长的导线后，再接在同一电源上，在导线上损失的电功率是9w，那么此时电灯实际消耗的电功率将（）

a.大于91w b.小于91w

c.等于91w d.条件不足，无法确定

②理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干。设电动机线圈电阻为r1 ，它与电热丝电阻值r2 串联后接到直流电源上，吹风机两端电压为u，电流为i消耗的功率为p，则有（ ）

a．p=uib．p=i?2（r1+r2）

c．p〉uid．p〉i?2（r1+r2）

最大功率篇9

关键词：太阳能电池太阳能车MPPT

太阳能赛车是利用太阳能电池发电驱动的电动车。太阳能电动赛车的电器系统基本结构如图1所示。

MPPT(MaximumPowerPointTracker)即峰值功率跟踪器，是太阳能电池发电系统中的重要部件。众所周知，在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池阵列输出功率也会变化，但是存在一个最大功率点Pm以及与最大功率点相对应的电压UMp和电流IMD。当工作环境变化时，特别是日光照度和环境温度变化时，太阳能电池阵列的输出特性曲线也随之变化，与之相对应的最大功率点也随之改变，如图2所示。通常来讲，太阳能电池输出特性曲线的变化与日光照度的变化是成比例的[1]。但在实际应用中，日光照度的变化再加上工作温度的变化，使得太阳能电池输出特性的变化很复杂。

在太阳能发电系统中没有采用MPPT，而是直接把太阳能电池阵列与蓄电池并联工作时，由于阵列的输出状态受到电池、电机工作状态的限制，输出功率往往不在阵列的最大功率点。MPPT的作用是使太阳能电池阵列工作在最大输出功率点。它是高效率的DC／DC变换器，相当于太阳能电池输出端的阻抗变换器。MPPT是太阳能车、太阳能发电系统、太阳能水泵上常用的功率提升部件。MPPT能使太阳能电池阵列的输出功率增加约15％～36％[2]。

1太阳能赛车的MPPT方案设计

本文所述MPPT是为清华大学“追日号”太阳能赛车研制的。“追日号”太阳能赛车的太阳能电池阵列总面积为6．67m2，最大输出功率为825W，开路电压在160V～170V之间，根据太阳能电池阵列输出特性试验，得到阵列最大功率点电压在129．6V～137．7V之间。由此确定蓄电池组由10个12V／20Ah(5小时放电率)的铅酸蓄电池串联组成，额定电压为120V，工作电压在120V～140V之间。蓄电池工作电压在太阳能电池阵列的最大功率点电压附近。

MPPT要实现太阳能电池工作电压到蓄电池电压的转换，其本身是需要消耗能量的；同时MPPT应用在“追日号”太阳能车上，它的重量将增加整车功率的消耗。如果MPPT的转换效率过低，应用MPPT所获得的太阳能电池阵列输出功率的增加有可能被MPPT本身消耗掉，甚至起反作用。在工作中，由于日光照度、温度等的变化，太阳能电池阵列的最大功率点(MPP)将随工作环境的变化而时刻变动着，MPPT必须随时监测阵列输出状态的变化，根据智能的控制策略判断最大功率点的位置，调整阵列的工作电压跟踪最大功率点电压，由此实现MPPT的功能。因此，MPPT不仅是一个高效率的DC／DC转换器，更是一个智能的控制系统。

1．1MPPT的硬件设计

MPPT的硬件包括MPPT主回路、微处理器、信号调理电路、PWM驱动电路、电源、通信接口等六个部分。其硬件结构如图3所示。

MPPT的电压转换器采用BuckDC／DC转换器，以MOTOROLA场效应管作为电子开关器件；采用PWM控制方式，工作频率为16kHz。由上述的太阳能电池阵列电压与蓄电池电压可知，MPPT的BuckDC／DC转换器的降压比在0．6～1．0之间。在这个降压比范围内，MPPT的转换效率在86％～99％之间。

由于采用了BuckDC／DC转换器，在太阳能电池阵列的工作电压高于蓄电池电压的情况下，通过调整BuckDC／DC转换器的占空比即可改变太阳能电池阵列的工作电压[3]。MPPT的BuckDC／DC转换器的电感上L=4mH，临界负载电流Iok为：

Iok=(Vout/2Lf)/(1-D)

Iok|D=0.7=120V/(2×4mH×13kHz)(1-0.7)≈0.35A

当电流I>0．35A、占空比D>0．7时，在场效应管开关的一个周期内，电感的电流是连续的，则BuckDC／DC转换器的降压比等于PWM控制信号的占空比。所以MPPT的控制策略是通过调整PWM的占空比D来调整BuckDC／DC转换器的降压比，以达到调整太阳能电池阵列工作电压为最大功率点(MPP)电压的目的。

MPPT微处理器的工作步骤是：首先采集MPPT主回路的电压及电流信号，然后根据最大功率点跟踪策略判断最大功率点的位置，确定PWM信号占空比D的值，最后输出PWM信号给驱动电路。微处理器是MPPT的控制核心，这里采用飞利浦80C552单片机来实现MPPT的控制。而且微处理器可以通过RS232接口与PC机连接，实现MPPT和PC机之间信息的交换。

在信号调理电路部分，设计了线性光耦电路来实现信号的隔离与放大，以保证微处理器部分免受干扰。

1．2MPPT的软件设计

MPPT的软件采用模块化结构，包括初始化、采样、穷举法跟踪、成功失败法跟踪、PWM输出、串口通讯等模块。系统程序流程图如图4所示。

MPPT最大功率点的跟踪程序分为穷举法和成功失败法两种，MPPT依据太阳能车不同的运行情况，分别调用这两种最大功率点跟踪程序，以实现MPPT的功能。

2MPPT最大功率点跟踪策略

由于光电转换过程的物理方程难以在实际应用中准确获取参数，同时太阳能电池阵列的工作条件是不断变化着的，因而太阳能电池阵列的输出特性方程在太阳能车的应用中成为一个存在极大值的约束不确定方程。因此MPPT的最优化问题采用直接搜索法求取。

MPPT的跟踪策略为：首先，在启动或重启的时候采用穷举方法进行全局寻优，找到当前最大功率点；然后，在以后的工作过程中采用成功失败法动态跟踪最大功率点。穷举方法，即在D=[0，1]范围内以一定步长搜索获得最大功率的Dmax，则可认为与最大功率点相对应的最优占空比D在Dmax附近。Dmax将作为成功失败法的起点。穷举法的目的是在全局范围内迅速找到最大功率点，穷举法应用于太阳能车启动和系统重启这两个系统对最大功率点完全未知的情况。其中包括太阳能车进入阴影、电池阵列被遮挡等光照情况发生较大变化以及司机人为重新启动系统等情况。

成功失败法的基本思想是每一次搜索都改变步长，若第k次搜索中沿某一方向搜索成功，则阵列输出功率增大，那么第k+1次则仍沿这一方向搜索，并可扩大步长；若第k次搜索失败，则第k+1次应沿反方向搜索，并缩小步长[4]。在穷举法找到全局最优的基础上，成功失败法的步长将可以设为较小值，有利于尽快找到最大功率点。

3MPPT的试验研究

为验证MPPT的工作效果，采用LabVIEW软件并结合PC-1216-K3信号采集板搭建的测量系统，检测“追日号”太阳能车发电系统在加入MPPT之前与加入MPPT之后系统各环节的电压、电流值，并计算出相应的功率。通过这些数据曲线便可以看出MPPT对太阳能发电系统性能的改善。

“追日号”太阳能车发电系统在没有MPPT情况下的输出电压、功率曲线如图5所示。

可以看到，阵列的平均输出功率约为125W，工作电压约为117V。在加入了MPPT之后，太阳能电池阵列的发电输出功率有了明显的提高，其输出曲线如图6所示。

由图6可以看出，太阳能电池的输出功率约为170W，有了明显的提高。单从太阳能电池阵列的角度来看，其发电功率提高了约40W，增幅约为36％。但是从太阳能电池发电系统的构成来看，在系统中增加了MPPT，其本身也要消耗一部分功率。经过MPPT后的输出功率才是真正有效的功率，其输出曲线如图7所示。

图6、图7中前76个数据点是穷举法全局寻优的过程，在找出全局最大功率点后，采用成功失败法跟踪最大功率点。可见，最大功率点的跟踪过程是动态的。平均来看，穷举法与成功失败法得到的最大功率点有一微小差距，但是总体来看，成功失败法获得的最优值始终接近最大功率点。虽然穷举法在最初的寻优过程不在最大功率点附近，但是整个穷举法寻优过程只有3．8s，而且很快达到最大功率点附近，因此穷举法的最初寻优过程对阵列输出功率造成的损失是有限的。总体来看，太阳能电池阵列通过MPPT的平均输出功率约为145W，阵列工作电压维持在132V左右。值得注意的是，MPPT在工作过程中的转换效率没有达到理想的99％，其原因有：在MPPT的工作过程中，成功失败法一直处于寻优过程，MPPT也一直处于动态的调整过程中；在成功失败法寻优过程中，有时会调整MPPT进入转换效率相对较低的工作区域。这也说明控制策略是MPFF的重要组成部分，控制策略能够影响MPPT的工作效果。要想进一步提高MPPT系统的转换效率，需要对整个寻优算法及控制过程进行优化。

由图5可以看出，没有MPPT的太阳能电池发电系统的平均输出功率约为125W，这个功率明显低于MPFF的输出功率：145W(最大功率点)。这与蓄电池电压只有117V左右有关系，因为蓄电池电压过低，使太阳能电池阵列工作电压远离最大功率点电压。

最大功率篇10

关键词：能源危机 发电效率 系统优化 大功率跟踪 高频逆变

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0123-01

1 光伏发电系统存在效率低的问题

光伏阵列和变换器为光伏系统两个重要部件，阵列输出与变换器效率对系统的整体效率有直接影响。光伏阵列成本较高，每100万平方米约需投入人民币5亿元，而目前市场上的光伏电池板的光电转换效率为11%～14%，且大多为非跟踪型，投入大、输出功率相对较低，和常规电能相比缺乏竞争力，限制光伏发电的普及应用。

2 通过光伏逆变器进行系统效率的优化

光伏逆变器转换效率的高低对光伏发电系统的整体效率有直接影响，为光伏系统的另一重要部件。目前的逆变器普遍采用低频逆变技术，属于工频变压器，体积和重量大、效率低、音频噪声大，不能实现小型化、轻量化和高效率化发展。

高频链逆变技术引起了光伏同行的研究兴趣，采用高频逆变技术，既可实现输入和输出的电气隔离，又可减小体积、重量，更为重要的是，减小了变压器上的系统损耗，变压器上的涡流损耗减小；高频变压器上所用的铁氧化体，为磁芯材料，铁损较低，利于降低涡流损耗，从而降低系统整体损耗。因此，若采用高频链逆变技术，可实现光伏系统整体效率的提高。

3 辐照度对光伏电池电气特性的影响

电池温度、日照强度和太阳光谱分布对光伏电池的输出功率有重大影响。辐照强度和温度可影响光伏阵列功率输出，在辐照度不变的情况下，短路电流和输出功率均会随环境温度变化，而开路电压、短路电流和最大输出功率受光照强度影响较大。因此，应把光伏系统安装在辐照度较强的地区，以确保光伏系统的最大功率输出。因此，可通过光伏整列的聚光装置，增大辐照强度，提高光伏阵列的功率输出。

4 通过最大功率点跟踪来实现系统效率的优化

光伏系统的输出特性是非线性的，受环境因素、辐照度和负载影响较大，即使在相同的辐照度和外界温度条件下，光伏阵列的电压输出也会不同，只有在某一输出电压值工作时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，为最大功率点。

因此，在光伏发电系统中，可通过实时调整光伏阵列的工作点，确保系统始终在最大功率点附近工作，光伏阵列可实时输出最大功率，该过程称作最大功率点跟踪，这样可提高系统的整体效率。

光伏阵列的输出特性曲线如图1所示，当工作电压小于最大功率点电压Um时，光伏阵列的输出功率随电压增大而增大；当工作电压大于最大功率点电压Um时，阵列的输出功率随端电压增大而减小。最大功率点跟踪是一个自寻优的过程，在各种不同的辐照度和温度环境下，通过调节光伏阵列的输出电压，实现最大功率点的智能化跟踪，保证光伏阵列的最大功率输出。

对光伏阵列而言，开路电压和短路电流在受太阳辐照度和环境温度影响较大，光伏系统的工作点也会受环境影响，如果外界环境发生变化，而光伏阵列工作点不能实时跟踪，就不能实现最大功率输出，从而导致系统整体效率降低。因此，最大功率跟踪控制，可实现光伏阵列在任何日照和温度，可持续获得最大的功率输出。

5 结论

光伏系统的总效率，与光伏电池板的光电转换效率有关，与逆变器的效率也有关，因此可以通过可选用适合的逆变器，可部分提高系统效率。本论文提出的最大效率跟踪技术，也是提高系统效率的重要方法。

在能源紧缺的大趋势下，清洁可再生能源的研究和开发受到国内外同行的广泛关注。光伏发电技术的快速发展与广泛应用，可在一定程度上缓解能源危机，部分解决环境恶化等问题。因此，光伏技术的研究和开发十分关键，尤其是光伏系统的整体效率提升，对光伏行业的发展具有重大意义。

参考文献

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