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摘要：基于“3D(Direct-current/Direct-current/Duty-ratio)-△D” 技術(shù)手法，研發(fā)了一種性價(jià)比很高的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的MPPT (Maximum Power Point Tracking)智能調(diào)控設(shè)施。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所研發(fā)的“3D-△D” MPPT智能調(diào)控設(shè)施不僅調(diào)控方便、簡(jiǎn)捷、靈敏、準(zhǔn)確，而且新潁、先進(jìn)、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)。該“3D-△D” MPPT調(diào)控設(shè)施已在南通理工學(xué)院新能源應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地穩(wěn)健的運(yùn)行著。

1.引言

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以充分利用風(fēng)能和太陽(yáng)能資源進(jìn)行發(fā)電，白天可能具有較好的太陽(yáng)能資源，夜間則可能具有較好的風(fēng)能資源。尤其是具有太陽(yáng)能和風(fēng)能資源豐富并且互補(bǔ)性好的地域，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益相當(dāng)可觀。為了克服風(fēng)能和太陽(yáng)能的不確定性而導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電與用電不平衡，進(jìn)一步增強(qiáng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)健性，必須創(chuàng)建優(yōu)良的控制設(shè)施，自動(dòng)進(jìn)行MPPT (Maximum Power PointTracking)，將發(fā)電控制、功率調(diào)節(jié)和負(fù)載置配融合為一個(gè)最佳系統(tǒng)。[1]

2.風(fēng)能發(fā)電設(shè)施的MPPT調(diào)控方法

風(fēng)能發(fā)電設(shè)施常用MPPT控制法有：離散迭代MPPT控制法、風(fēng)速自動(dòng)跟蹤MPPT控制法、風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速反饋MPPT控制法等；這些方法性價(jià)比都不高。為此，此文研發(fā)了一種性價(jià)比較高的“3D” (Direct-current/Direct-current/Duty-ratio)MPPT調(diào)控法。所謂“3D”調(diào)控法，即通過(guò)控制器的軟、硬件設(shè)施產(chǎn)生占空比可調(diào)的驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管的PWM信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出電壓和電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)，且隨時(shí)檢測(cè)風(fēng)能發(fā)電機(jī)的電壓并同控制器所設(shè)定的安全電壓值進(jìn)行比較：如果高于安全電壓值則通過(guò)串聯(lián)在其中的功率開(kāi)關(guān)管對(duì)發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行減小調(diào)節(jié)。另外，當(dāng)蓄電池充滿電或遇大風(fēng)（即超過(guò)風(fēng)電機(jī)組的額定風(fēng)速）時(shí)則啟動(dòng)卸荷電路進(jìn)行卸荷，以保系統(tǒng)設(shè)施的安全。

風(fēng)能發(fā)電機(jī)發(fā)電經(jīng)整流器和DC／DC(Direct-Current/Direct-Current)變換器連接到負(fù)載。采樣設(shè)施完成對(duì)電壓、電流的采樣，MPPT控制算法根據(jù)當(dāng)前功率值與前一采樣時(shí)刻功率值的差值，通過(guò)3D調(diào)控來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率，從而達(dá)到MPPT目的目標(biāo)。[2]

此“3D”MPPT調(diào)控法，是基于“阻抗匹配獲最大功率”的理論：即當(dāng)線性電路中的負(fù)載等效電阻同其電源內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載可獲最大功率，可見(jiàn)進(jìn)行MPPT實(shí)質(zhì)上就是進(jìn)行阻抗變換，故通過(guò)“3D”MPPT調(diào)控法來(lái)保持系統(tǒng)時(shí)時(shí)刻刻為阻抗匹配狀況（實(shí)際上只能達(dá)到“準(zhǔn)匹配”狀況）， 便可實(shí)現(xiàn)MPPT。風(fēng)電機(jī)組的輸出功率P與DC／DC占空比D的特性曲線如圖1所示，由圖1可見(jiàn)，每一種風(fēng)速（此圖只繪出了風(fēng)速?gòu)?米/每秒至15米/每秒這10種風(fēng)速對(duì)應(yīng)的P-D曲線）都各自對(duì)應(yīng)唯一的最大功率點(diǎn)。