翻译的实现MPPT跟踪直流-直流转换器使用PSO和模糊控制的逆变器感应电动机

¹S.Sathyamoorthi,²Rolga罗伊,

电气和电子工程助理教授,部门,Pandian SaraswathiYadav工程学院,Sivagangai,印度
助理教授,电气和电子工程部门,Sree佛工程学院对于女性来说,Ayathil,喀拉拉邦,印度

文摘

本文提出的光伏系统使用修改后的粒子群优化(PSO)算法的一种改进的最大功率点跟踪翻译(MPPT)方法。方法的主要优势是稳定的减少——状态振荡(实际上等于零)一旦最大功率点(MPP)所在地。此外,该方法有能力跟踪MPP的极端的环境条件,例如,大波动的日晒和局部阴影条件。该算法简单,可以快速计算;因此,它的实现采用低成本的单片机是可能的。最后,一个多相直流-直流转换器用于高压和大功率应用。配置一个通用的转换器,boost-half-bridge (BHB)细胞和电压是倍压器并联或串联来增加输出电压和输出功率。三相逆变器也添加在传统系统获得的输出交流电压为交流负载。设备的额定电压和额定电流增加的数量减少开关串联和并联的二极管,分别。

关键字

翻译Buck-boost转换器,最大功率点跟踪(MPPT),部分阴影,粒子群优化(PSO),光伏(PV)系统。

介绍

太阳能光伏(PV)设想的是一个受欢迎的可再生能源的来源,由于几个优点,尤其是低运营成本,几乎维护自由和环保。尽管太阳能电池组件的高成本,光伏发电系统中,特别是并网型,在许多国家已商业化,因为其潜在长远利益[1]- [6]。此外,generousfinancial计划,例如,上网电价[7][8]和补贴政策,介绍了由不同国家,导致行业的快速增长。优化利用大型的光伏阵列模块,最大功率点跟踪器翻译(MPPT)通常是用于与电源转换器(直流-直流转换器和/或逆变器)。翻译的目的MPPT是确保系统总能收获最大的光伏阵列产生的力量。然而,由于不同的环境条件,即温度和太阳日晒,p - v特性曲线展品最大功率点(MPP),与这些conditions-thus非线性变化对跟踪算法构成挑战。到目前为止,各种MPP跟踪方法提出了[9]。这些技术不同复杂性、准确性和速度。每个方法可以根据控制变量的类型分类用途:1)电压、电流2),或3)工作周期。电压andcurrentbasedtechniques twoapproachesareused。 The first one is the observation of MPP voltage VMP or current IMP with respect to the open circuit voltage VOC [10] and short circuit current ISC, respectively [11]. Since this method approximates a constant ratio, its accuracy cannot be guaranteed. Consequently,thetrackedpowerwouldmostlikelybebelowthe real MPP, resulting in significant power loss [12]. The second approach is to obtain the information on the actual operating point of the PV array (i.e., voltage and current) and these points are updated according to the variation in environmental conditions. The most popular technique is the perturb and observe (P&O) method. It is based on the perturbation of voltage (or current) using the present P and previous Pold operating power, respectively. If P is improved, the direction of perturbation is retained; otherwise, the direction is reversed accordingly. Despite the simplicity of the algorithm, the performance of P&O method is heavily dependent on the trade-off between the tracking speed and the oscillations that occurs around the MPP [13]. A small perturbation reduces the oscillations but at the expense of tracking speed, or vice versa. Another major drawback of P&O is that during rapid fluctuations of insolation, the algorithm is very likely to lose its direction while tracking thetrueMPP.Severalimprovementsareproposedtoaddressthis issue—mainly by considering adaptive perturbation. However, these techniques are not fully adaptive and hence are not very effective [14]. Moreover, under special condition such as partial shading and modules irregularities, these methods often fail to track the true MPP because the PV curves are characterized by multiple peaks (several local and one global). Since the P&O algorithm could not distinguish the correct peak, its usefulnessunder such conditions diminishes rapidly.

Boost-Half-Bridge (BHB)转换器具有以下特点:小输入滤波器由于连续输入电流,低电磁干扰(EMI)由于ZVS打开所有电源开关,wide-input电压范围应用程序由于wide-duty周期范围内。BHB转换器在二级电压整流器furtheradvantages,没有直流磁化电流变压器,减少电压浪涌与二极管反向恢复有关,和没有环状电流由于缺乏输出滤波电感

光伏阵列系统的建模

一个。建模光伏模块

在光伏模块的各种建模方法中,two-diode模型,如图1中所示(一个),是更准确的。模块的输出电流可以被描述为

b .光伏阵列建模

在一个典型的大型光伏发电系统的安装- tem,一系列的模块配置——(即平行结构。,Nss×Npp模块),如图1中所示(b)。处理这种情况下,输出电流方程(4)必须修改如下:

IPV, I0 Rp, R s, p是各个模块的参数。图2显示了一个商业的P−V曲线PV模块(MSX-60)中配置一个4×1光伏阵列。这个模块的参数在标准测试条件下(STC)如表所示。

传统的HC方法

得到最大功率的光伏模块,MPPT通常使用。多年来,翻译各种MPPT方法提出了;例如,P&O, IC, HC,神经网络,和方法[4],[9],[12],[15]- [19],[22]。特别是传统的HC方法很有趣的工作周期电源转换器可以直接改变[16]。这可以解释的帮助下流程图asshowninFig。3所示。Thealgorithmperiodically更新thedutycycle d (k) byafixed stepsizeΦwiththedirectionofin -压痕的力量。扰动方向逆转如果P (k) < P (k−1),表明向MPP跟踪不动。这可以通过以下方程描述:dnew = dold +Φ如果P > Polddold−Φ如果P < Pold。(10)的翻译,这个算法的一个明显的优势是MPPT算法不需要比例(P)或比例积分(PI)行动,通常用来控制责任周期与参考电压或电流。 In this case, the duty cycle directly feeds the power converter.

翻译PSO-BASED MPPT

答:算法的一般概述

PSO是一个随机,以人群为基础的EA搜索方法,模拟鸟群行为后的[30]。PSO算法——rithm维持一群个体(称为粒子),其中每个粒子代表一个候选方案。粒子遵循一个简单的行为:模仿成功的邻近粒子和自己取得了成功。一个粒子的位置,因此,受到最好的粒子在附近pb以及最佳解决方案中的所有粒子发现整个人口gb。习粒子位置调整

(10)和(13),可以看出两个HC和PSO算法具有相同的结构。然而,对于算法的情况下,产生的扰动在当下的责任周期取决于Pbesti和gb。如果目前的工作周期是远离这两个责任周期,由此产生的责任周期的变化也会很大,反之亦然。因此,可以认为是一种自适应PSO的HC形式。在后者,周期性的扰动总是固定的但在算法,它根据粒子的位置不同。通过适当的控制参数的选择,翻译一个合适的MPPT使用算法可以很容易地设计控制器。

b .翻译PSO的MPPT的应用

为了说明PSO算法在跟踪中的应用

theMPPusingthedirectcontroltechnique firstasolutionvector责任周期,确定Np粒子,即xk我= dg = (d1、d2、d3……d j]

j = 1, 2, 3,…, Np。(14)

目标函数定义为

P (dk) > P (dk−1 i)。(15)

开始优化过程,该算法传递三个责任周期di (i = 1、2、3)电源转换器。在图5中,占空比d1, d2和d3标有三角形,圆形,分别和广场点。这些责任周期担任Pbesti在第一次迭代。其中,d2的gb是最好的健身价值(数组),如图5所示(一个)。在第二个迭代,产生的速度只是由于gb。(Pbesti−d (i))因素(12)为零。此外,gb粒子的速度(d2)是零由于(gb−d(2))的因素(12)为零。这导致一个零速度和相应的责任周期不变。因此,这个粒子不会探索过程中的贡献。为了避免这样的情况,允许在工作周期的一个小扰动,如图5所示(b),以确保健身价值的变化。 Fig. 5(c) shows the particles movement in the third iteration. Due to the fact that all the duty cycles in the previous iteration attain a better fitness value, the velocity direction of these particles remains unchanged and subsequently they move toward Gbest along the same direction. In the third iteration, all duty cycles (di, i = 1, 2, 3) arrive at MPP with a low value of velocity. In the subsequent iteration, due to very low velocity, the value of the duty cycle is approaching a constant. Therefore, theoperatingpointwillbemaintainedandtheoscillationaround the MPP diminishes.

在MATLAB太阳能模型

太阳能电池模型

太阳能电池块从SIMSCAPE工具和被表示为一个太阳能电池串联电阻Rs连接的并行组合以下元素:

电流源

两个指数二极管

并联电阻Rp

光伏电池的数学模型的形式实现电压控制的电流源,合理的两个输入参数,是温度(ºC)和太阳能辐射功率(W / m2)。光伏电池的等效简化的电路

上面的图2是太阳能电池阵列的MATLAB模型拥有72太阳能电池串联连接的太阳能电池阵列。这个模型的帮助下开发西姆斯角块的工具。太阳能电池在Simscape工具开发使用方程1。太阳能阵列连接电阻负载以查看其性能。

b .电压源变换器的模型

图3显示了电压源变换器模型组成的六个igbt。这个电压源变换器作为太阳能电站的逆变器操作在白天时间。在晚上时间空闲状态的任何力量的生成,因此它可以用于recative功率补偿。

仿真结果

1。一般

模型在MATLAB仿真软件开发环境。MATLAB(矩阵实验室)是一个数值计算环境和第四代编程语言。由MathWorks, MATLAB允许矩阵操作,绘图功能和数据,实现算法、创建用户界面,和与其他语言编写的程序,包括C、c++、Java和Fortran。

额外的包,仿真软件,添加图形多畴的动态模拟和基于模型的设计和嵌入式系统。MATLAB用户来自各种背景的工程,科学和经济学。MATLAB是广泛应用于学术和研究机构以及工业企业。

仿真软件是由MathWorks和是一个商业工具的建模、仿真和分析多域动态系统。其主界面是图形块图表工具和一个可定制的组块库。它提供了与MATLAB环境的紧密集成,可以驱动MATLAB或脚本。模型广泛应用于控制理论和数字信号处理的多领域仿真和基于模型的设计。仿真是在MATLAB仿真软件环境下做的帮助下SIMPOWER系统和SIMSCAPE工具。结果如下所示。本章将研究该模型的结果。模拟项目显示的结果和讨论。这也保证了模型的合适的工作。它有助于系统的性能的比较研究模型。

提出了多相直流-直流转换器

答:广义多相直流-直流转换器

BHB细胞被用作构建块的多相转换器。图2显示了广义拟议的多相电路直流-直流转换器,高电压、大功率的应用程序。广义转换器“N”转换器组,每个组换腿在低压大电流端并联连接,而每组电压倍压器连接在系列高压电流,即“N”是电压倍压器连接的数量。

b .工作原理

广义的关键波形多相直流-直流con -绿色图5所示。交错的不对称的PWM开关应用于多相转换器,即。,D and 1–D are the duty cycles of lower and upper switches of a leg, respectively, and each leg is interleaved with a phase difference of 2π/(N·P). The average value of the inductor current can be obtained. Using (5)–(8), the ZVS currents and ZVS ranges of lower and upper switches as the function of input voltage and output power are plotted, respectively, as shown in Fig. 6. As shown in Fig. 6(a), the ZVS current of the lower switch tends to increase as the output power increases and decrease as the input voltage increases. This means that the ZVS turn-ON of the lower switch can be more easily achieved under the condition of higher out- put power and lower input voltage. It is noted that the ZVS range of the lower switch becomes broader for smaller total output capacitance Cos,tot = Coss,SL + Coss,SU of MOSFETs. For example, if MOSFETs with total output capacitance Cos,tot of 1.5 nF are selected in this example, the ZVS turn-ON of the lower switch can be achieved with output power, which is greater than 1000 W at input voltage of 40 V.

c .交叉影响

每条腿的多相转换器切换相位差为2π/ (N·P)。的脉动频率输入和输入电容电流变成了N·P乘以转换fre - quency的总开关。输入电流的均方根值和输入电容也减少氮和磷增加。输出电容电流的脉动频率变得P乘以总开关的开关频率。输出电容器的电流的均方根值减少随着P增加。由于交叉操作,输入电容的重量和体积,outputcapacitor, andinputinductorsaresignificantly减少。交叉影响输入电感和输出电容的转换器是显而易见的,许多文献中提到[12]- [14]。交叉影响的输入电容CIU的CIL不同于,把电感和输出电容器。电容器均方根电流计算和绘制在图7中作为输入电压的函数——年龄和N它倾向于减少随着N的增加。给出了直流电压作为输入,在通过控制开关、ac转换时作为逆变器开关。给出它的输出变压器,然后倍压器的电压,提高电压水平和二极管整流变换器交流直流电压。 Three phase inverter is connected for ac. load.

D。交叉影响

输入和输入电容电流的脉动频率变得N•P乘以总开关的开关频率。输入电流的均方根值和输入电容也减少氮和磷增加。输出电容电流的脉动频率变得P乘以总开关的开关频率。输出电容器的电流的均方根值减少随着P增加。由于交叉操作,输入电容的重量和体积,输入输出电容和电感都显著降低。交叉影响的输入电容CIU的CIL不同于输入电感和输出电容器。计算电容器均方根电流和输入电压的函数。

E .Voltage转化率

该转换器的理想电压转换比可以获得的

签证官/ VS = N /(一维)(NS / NP)

基本上,随着级别的开关和二极管的电压转换比线性增加。考虑电压降的影响整个变压器的漏电感,可以获得实际的电压转换比,实际电压转换比率绘制负载比D与不同的函数N和P, N是交换机的数量和P是二极管的数量。可以看出,随着P增加电压转换比还略有增加(从理论上讲,它收敛于理想电压转换比率随着P∞),因为电压降的影响上的漏电感电压转换比率变得越来越小。

工作原理

在积极的电源电压电流通过各自的电感,和上面的开关,它指控上输入电容。指控最高电压时,它排放和电感器当前转移到相应的变压器的一侧。然后相应的upperswitches打开&负电源电压给较低的电容对应较低的开关也是以这种方式用于变压器和变压器得到积极的和消极的电压。变压器的输出电压倍压器和其直流输出三相逆变器转换成交流电。其输出用于运行IM。

电感电流的平均值:

广义多相电源转换器的关键波形图5所示。交错的不对称的PWM开关应用于多相转换器,即。,D和1 - D是上下开关的占空比的一条腿,分别。

仿真结果

一个。提出了系统的仿真图

这八个MOSFET开关和四个隔离变压器和四个电压倍压器串联连接。开关连接在低电压和电压互感器在高压倍压器的一面。其输出转换在ac ph值通过使用3逆变器,其输出为交流负载。

结论

传统的系统只能用于直流负载应用程序而不是为交流负载的电压和电流等级系统中的设备是很高的。克服这些缺点提出系统通过使用3相逆变器,因此它可以应用交流负载。电流和电压等级的设备减少增加开关和二极管的数量也增加了输出电压。在未来的输出电压可以增加进一步增加开关和二极管的数量。

引用

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