用于激光无线能量传输的分布式最大功率点追踪系统研究(内封面文章)

在激光无线能量传输中,由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响,光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀,导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配,输出功率下降。针对该问题,采用分布式最大功率点追踪(Distributed Maximum Power Point Tracking,DMPPT)技术,减少光电池阵列组串内的电池间电流失配,并用并联型Boost(PT-Boost)电路替代传统Boost电路,降低DC/DC转换器的输入电流纹波,使DMPPT系统获得高追踪效率。实验结果表明,相较于传统Boost电路,PT-Boost电路的追踪效率提高3.6%,达到93.5%。在上述研究的基础上,设置了遮光率分别为0%、25%和50%的激光无线能量传输场景,DMPPT系统整体效率分别达到了93%、92.6%和90.3%。该研究结果对激光辐照不均匀场景下激光无线能量传输的最大功率点追踪指导意义。

面向光伏能量收集应用的实时MPPT预估算法研究

对于环境中存在的各种类型能量源,其往往具有不同的阻抗特性以及输出功率范围。为了提高能量收集系统的能量萃取能力,合理的接口电路设计是关键。基于此,通过对环境中光伏(Photovoltaic,PV)能量源微弱直流特性以及高效率收集和转化的研究,在传统开路电压法(Open-Circuit Voltage,OCV)的基础上,结合输入电压纹波控制,提出了一种可实时最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的预估算法。该预估算法根据能量源的输出特性,采用了分数开路电压法(Fractional Open-Circuit Voltage,FOCV),并根据纹波大小动态调节变换器的工作模式,实现阻抗匹配。为了尽可能减小因采样带来的能量损失,采用可片上全集成的较小的采样电容,并逐周期的进行开路电压采样和计算,实现了对源功率变化的高精度追踪。仿真结果表明,所提出的追踪算法能够实时监测能量源的状态,具有高的追踪速度和追踪精度,且采样时间仅需100 ns。能量源功率在1μW~10 mW范围内变化时,最短的追踪时间仅需4.37μs,追踪精度可达99.7%。

浅谈光伏逆变器最大功率点追踪MPPT与电流采集

光伏逆变器是太阳能光伏发电系统中的核心设备之一。光伏逆变器的转换效率直接影响太阳能光伏发电系统的发电效率,而发电效率由逆变器中MPPT主要控制。本文阐述了MPPT的简要原理与电流采集方案,有助于提高光伏逆变器发电效率。

基于改进布谷鸟算法的局部遮阴MPPT研究

为解决光伏阵列在局部遮阴条件下输出的功率-电压(P-U)特性曲线会呈多峰状态进而影响发电效率这一问题,提出了一种复合优化算法,将布谷鸟算法与小步长扰动观察法相结合,并加入种群初始优化策略,加强了算法的追踪速度和精度,提升光伏阵列整体输出功率。并在MATLAB/Simulink进行了仿真,与改进前布谷鸟算法进行对比,验证了该复合优化算法较比原算法性能上的整体提升。

部分遮挡条件下光伏阵列全局最大功率点追踪控制

光伏阵列的部分遮挡,使阵列功率电压特性呈现多峰,现有最大功率追踪方法在速度、准确度和可操作性方面仍有较大改进空间。首先,利用恒流源特性提出全局最大功率追踪新方法,即调整电流线法,该方法在P-U特性上沿着电流线斜率单调变化的方向不断调整电流线;然后对所提方法利用恒流源特性加快电流搜索过程并提高搜索终止条件的准确性;再从搜索过程和搜索终止条件两方面对现有0.8倍开路电压法进行改进;最后,以某光伏阵列3种遮挡模式以及遮挡模式间的变化为例,通过仿真验证所提两种方法(调整电流线法和改进的0.8倍开路电压法)均能准确、快速地追踪到全局最大功率点。所提方法为多峰最大功率追踪提供了新的思路。

能量收集最大功率点跟踪DC-DC升压转换器设计

通过提升功率传输效率和降低电路功耗,设计了一种适用于低功率微弱能量收集的DC-DC升压转换器。升压转换器主要包括核心电路、最大功率点跟踪(MPPT)电路、零电流开关(ZCS)转换电路、振荡器、电荷泵和偏置电路。采用开路电压法检测输入功率,并适时调整开关导通时间,以调整输入阻抗,实现对能量源的MPPT传输;同时,采用特殊供电的ZCS,减小电路的亚阈值泄漏,提升转换效率。基于65 nm CMOS工艺对DC-DC升压转换器进行设计,芯片面积为260μm×380μm。仿真结果表明,在输入功率-7^-30 dBm内、能量源内阻50Ω~10 kΩ的条件下,跟踪效率峰值为99.81%。同时,在最低输入电压为35 mV、DC-DC转换器输出电压为1 V时,电路转换效率峰值为90.46%,整体功耗低于1.2μW。

基于SA-CPSO算法的光伏列阵多峰值最大功率点追踪的研究

快速准确追踪到光伏列阵多峰值最大功率点具有重要的工程意义。传统粒子群算法应用于最大功率追踪时会产生稳定性较差和容易陷入局部最优解等问题,通过结合模拟退火算法能快速跳出局部最优解和混沌理论的遍历性的优点,得到模拟退火混沌粒子群算法。算法后期能快速稳定地向全局最大功率点收敛,可较好地解决光伏发电系统接收光照不均匀时多峰值最大功率追踪的问题。最后建立多组光伏列阵接收不同光照的场景,使用MATLAB仿真验证了模拟退火混沌粒子群算法在追踪最大功率点时寻优速度和收敛稳定性上的优越性。

光伏并网系统中的最大功率点追踪控制

太阳能电池阵列输出特性具有强烈的非线性,为了提高系统的整体效率,一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点,进行最大功率点跟踪(MPPT),使之始终工作在最大功率点附近。对并网系统的DC-DC电路原理和控制方法进行了研究,利用增量电导算法,通过脉宽调制的办法实现最大功率点的追踪,并用实验证实了其可行性和正确性。

最大功率点追踪技术中国专利申请状况分析

伴随着最近几年国内外光伏产业的迅猛发展,光伏发电相关技术的研究取得了巨大的进展。在光伏发电系统中,快速准确地进行最大功率点追踪(MPPT)有利于光伏功率的充分利用。文章对光伏领域最大功率点追踪技术的中国专利申请的时间分布、申请人分布等进行了统计分析,并重点对MPPT技术领域分支和技术发展路线进行梳理,从而为该技术领域的科研人员、申请人以及审查员提供参考。

光伏系统最大功率点追踪算法研究综述

目前,能源危机日益严重,为了提高光伏系统的输出功率,保证在不同环境下始终能输出最大功率,需要对光伏电池最大功率点进行追踪。文中在分析最大功率点追踪的基本原理基础上,介绍了目前常用的最大功率点追踪方法,重点分析了单峰值和多峰值条件下最大功率点追踪算法,并对今后最大功率点追踪的发展趋势进行了展望。

一种激光辐照下光伏阵列最大功率点追踪办法研究

激光无线电能传输(LPT)技术既具有能量密度高、设备体积小等优点,又具有传输效率偏低的不足。针对激光无线电能传输系统中光伏阵列的光电转换效率低这一问题,从光伏阵列的电气连接结构、高斯激光能量分布简化模型入手,得出激光辐照下光伏阵列GMPP的分布规律,并用改进的恒定电压法完成最大功率点的追踪,最后在MATLAB/Simulink中对GMPP的分布规律和改进的恒定电压法完成最大功率追踪进行仿真验证。结果表明,激光辐照下改进恒定电压法0.07 s完成了光伏阵列最大功率点追踪,并且不会因陷入局部极值点而失效。

双模糊控制法在光伏并网发电系统MPPT中的应用

提出一种在光伏并网发电系统中进行最大功率点跟踪(MPPT)的双模糊控制法,将非对称模糊MPPT与模糊PID相结合,在设定参考电压环节使用模糊控制代替诸如扰动观察法等传统方法,在消除实际电压与参考电压偏差这一环节用模糊PID替换普通的PID控制。此外,还提出了4个反映MPPT性能的指标:环境缓慢变化时的MPPT时间、光伏阵列发出的能量大小、稳态时的功率波动大小和环境剧烈变化时光伏阵列发出的能量大小。设计了4个算例,在MATLAB/Simulink环境下对5种控制方法分别进行了仿真分析。通过对比各方法的性能指标和相应的输出功率波形图,验证了所提出的双模糊控制法是一种比传统方法更优的MPPT控制方法。

适用于镁海水电池的能量变换系统设计

本文设计了一种适用于镁海水电池供电的能量变换系统,针对镁海水电池输出特性软、电压低的问题,对传统非隔离型三端口变换器进行优化,使电压增益得到进一步提高。基于此变换器拓扑,考虑镁海水电池输出特性和变换器载荷特性,提出一种适用于载荷突变的DC/DC变换系统能量管理策略,通过控制能量在系统内任意两个端口间的流动,实现源、荷间功率动态平衡;同时,根据镁海水电池的输出特性,在系统能量管理中引入一种基于改进灰狼算法的最大功率点追踪方法,进一步提高了镁海水电池的能量转换效率。最后通过仿真和实验证明,载荷功率在0.36和1.2 W跳变时,变换器能相应完成模式间的切换,在保证输出电压稳定在12 V的前提下,实现了对输出电流30和100 mA的灵活控制,验证了该能量变换系统软硬件设计合理性。

基于自然选择的改进粒子群优化MPPT算法

光伏阵列在非均匀光照条件下的输出具有非线性、多峰值的特点。针对目前传统粒子群优化MPPT算法(PSO算法)易陷入早熟收敛及在迭代后期搜寻能力下降的缺陷,首次提出将基于自然选择机理的改进粒子群算法运用到光伏最大功率点寻优当中。新算法通过对迭代过程中适应度低的粒子进行淘汰和替换,使粒子群在迭代过程中具有更佳的寻优能力和求解速度,并大大减少了算法早熟收敛的情况。经过Matlab建模仿真及实验验证,验证了基于自然选择的改进粒子群算法比传统PSO算法拥有更好的最大功率点追踪效果。

基于变步长天牛须搜索算法的光伏系统 MPPT控制研究

针对传统最大功率点追踪(MPPT)算法失效,而常见的智能优化算法(如粒子群算法)存在着收敛速度慢、收敛精度差、参数要求高、系统稳定性差等问题,对算法结构简单、收敛速度快、精度高的天牛须搜索(BAS)算法进行改进,提出了基于变步长天牛须搜索(VSBAS)算法的MPPT控制方法。将该方法与传统的扰动观察法和粒子群算法在Matlab/Simulink中进行仿真实验对比,实验结果验证了该方法的可行性及优越性。

基于占空比的无电流传感器最大功率点跟踪系统

为降低能量收集系统的功率损耗,提出了一种基于占空比的无电流传感器最大功率点跟踪MPPT(Maximum Power Point Tracking)系统。传统的MPPT方法需要进行直流测量或开路电压测量,而本文提出的算法利用滞后切换信息预估发电机的输出功率,可以实现保持最大功率提取,无需进行直流测量。采用MSP430微控制器进行了实现,并调整MPPT算法以适合热电发电机的特性。滞后电压调节器能够将热电发电机输出电压维持在参考电平上,因此可以根据给定的温度条件下提取最大功率。实验分析结果表明,提出的MPPT能量收集系统结构简单、成本较低、功率损耗低,且适用于各类小规模可持续发电。

具有自适应电感共享策略的压电能量收集电路设计与实现

针对以电池为能量供给的传感设备必然存在因电池寿命的限制或自身电能的逐渐耗尽而造成的失效问题,提出了一种具有自适应电感共享策略的压电振动能量收集电路,通过将环境中的机械振动能量最大化地转换为电能并供给传感设备使用,可实现传感设备的无电池自获能供电,并大幅延长传感设备的使用寿命。该能量收集电路在原有并联电感的同步开关收集电路结构和buck-boost功率级拓扑的阻抗匹配变换器结构基础上,通过建立“先到先得”的自适应电感共享策略,避免了仲裁器的使用,大幅简化了电路设计,并实现了仅需单一电感的压电振动能量收集系统,提升了系统的集成度。此外,对电感共享造成的竞争给出了详细分析,并在此基础上进一步优化了整体电路,实现了最大功率点追踪算法。采用标准180 nm CMOS工艺,完成了压电能量收集电路的设计工作。仿真结果表明:bias-flip整流器在2 V和3 V开路电压激励下,输出功率分别达到了55.01μW和111.59μW,较传统全桥整流器,分别实现了6.40倍和4.48倍的输出功率提升;引入电感共享策略后,变换器的最大输出功率可达110.04μW,相比于非电感共享策略,电感共享策略下变换器峰值输出功率提升了7.9%,峰值功率转换效率达到了91%。所设计的自获能压电能量收集系统有望解决现有传感设备的供电问题。

一种可应用于小型光伏的MPPT技术

提出了一种基于FOCV方法应用在小型光伏系统中的新型太阳能电池MPPT技术。首先,将太阳能电池阵列改变为全串联、全并联或串并混联的组合方式,相同的环境下,这些阵列在理论上拥有相同的最大输出功率,但需要不同的负载与阻抗相匹配;其次,许多拥有不同阻值的负载电阻可以被选择连接到太阳能电池阵列中,使太阳能电池的输出功率最大化;最后,使用MCU测量每种模式的电压并使用FOCV方法来确定最大的功率状态。

高效率激光无线能量传输系统闭环控制研究

为了实现高效率激光无线能量传输系统的研究,基于Simulink建立了激光无线能量传输系统的闭环控制仿真模型,实现了激光光伏阵列的最大功率点追踪、降压电路搭建和锂电池智能充电控制,并结合激光光伏阵列的输出特性和锂电池多阶段恒流充电方法的特性,提出了一种基于激光功率密度闭环信号控制的新型锂电池多阶段恒流充电方法。结果表明,该方法不仅可以实现传统锂电池多阶段恒流充电效果,而且节省了62.9%的光能,系统转换效率提高了62.96%。该结果对研究高效率激光无线能量传输系统是有帮助的。

带有MPPT功能的高效率光伏电池升压转换器芯片

为了提高光伏电池的收集效率和环境适应性,提出了一种带有MPPT功能的高效率光伏电池升压转换器芯片。该电路系统包括新型四相高效电荷泵模块、扰动观察法MPPT控制电路模块、反馈控制模块、纳安级电流基准、检测电路模块等。该芯片采用0.35μm BCD工艺设计、仿真并流片。芯片尺寸为3.15 mm×2.43 mm。测试结果表明,当光伏电池输出电压大于0.5 V时,升压转换器芯片输出电压提升到3V,电压转换效率可达99.4%。MPPT算法使输出功率提升8.53%。当输出负载电流为297μA时,最宽输出PCE达到85.1%。该芯片实现了高效升压光伏电池输出电压的目标。