一種改進型太陽陣最大功率點跟蹤方法
前言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/108621.htm迄今為止,絕大多數(shù)衛(wèi)星電源都采用太陽陣加蓄電池的供電方式。光照期間,太陽陣一方面為整星載荷提供能量,另一方面對蓄電池進行充電;蓄電池則負責在陰影期或峰值功耗時釋放存儲的能量為載荷供電。根據(jù)太陽陣的V-I曲線可知,在任一特定的條件下,太陽陣都有一最佳工作點,在此工作點太陽陣輸出的功率最大。
目前,國內(nèi)衛(wèi)星均采用直接能量傳輸方式(DET),在此方式下,電源系統(tǒng)將太陽陣輸出的能量直接提供給星上載荷。但由于受光照強度、溫度以及使用年限等因素的影響,太陽陣輸出電壓、電流將不斷衰減,直接能量傳輸方式未對太陽陣的最大功率點進行跟蹤,這勢必造成太陽陣輸出能量的浪費。本文針對這一現(xiàn)象,提出一種基于太陽陣最大功率點跟蹤方式(Maximum Power Point Tracking,MPPT),通過在太陽陣輸出環(huán)節(jié)增加一輔助電路,將太陽陣工作點維持在最大功率點,極大地提高太陽陣利用效率。
MPPT理論
MPPT本質(zhì)上是一個用作阻抗匹配的DC/DC電路,通過控制DC/DC電路對整星阻抗進行匹配。鑒于太陽陣的光伏特性受到外界諸多因素影響(光照強度、溫度等),其輸出特性呈現(xiàn)非線形特征,為了問題的簡化,太陽陣的模型可以看作是一個直流電源和一個電阻的串聯(lián),其中電阻是一個受到外界因素(光照、溫度、輻射等)影響的可變電阻。這樣,當外界因素發(fā)生變化時,勢必造成可變電阻阻值的波動,進而影響太陽陣輸出特性。利用DC/DC電路所構(gòu)成的MPPT功能電路(圖1),圖中R表示任一時刻整星的等效載荷。
雖然太陽陣和DC/DC電路是非線性的,然而在極短時間里,可以作為線性電路處理。根據(jù)戴維寧定理可以將方框外的電路等效為一個阻抗,假設(shè)此阻抗為Req,則任一時刻此等效阻抗Req上得到的功率為:
當分子為零時,亦即Req等于Rs時,太陽陣將輸出最大功率,假設(shè)DC/DC電路為理想電路,不存在能量的消耗,則載荷上將得到最大功率。所以欲使任一時刻載荷獲得最大功率,需要一個能夠?qū)φ亲杩惯M行匹配的DC/DC電路,通過此電路對整星阻抗重新匹配,使得其盡可能逼近太陽陣模型中的等效阻抗Rs。
目前,常用的DC/DC電路有降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk電路以及正、反激電路。假設(shè)上述幾種電路都為理想電路,則它們的等效輸入阻抗分別如下(a為開關(guān)器件的占空比,0
升降壓和Cuk電路:
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