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一种改进型太阳阵最大功率点跟踪方法

—— An Improved Method for Power Point Tracking of Solar Array
作者:王益军 杨定宇 上海卫星工程研究所时间:2009-08-07来源:电子产品世界

  前言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/96989.htm

  迄今为止,绝大多数卫星电源都采用太阳阵加蓄电池的供电方式。光照期间,太阳阵一方面为整星载荷提供能量,另一方面对蓄电池进行充电;蓄电池则负责在阴影期或峰值功耗时释放存储的能量为载荷供电。根据太阳阵的V-I曲线可知,在任一特定的条件下,太阳阵都有一最佳工作点,在此工作点太阳阵输出的功率最大。

  目前,国内卫星均采用直接能量传输方式(DET),在此方式下,电源系统将太阳阵输出的能量直接提供给星上载荷。但由于受光照强度、温度以及使用年限等因素的影响,太阳阵输出电压、电流将不断衰减,直接能量传输方式未对太阳阵的进行跟踪,这势必造成太阳阵输出能量的浪费。本文针对这一现象,提出一种基于太阳阵跟踪方式(Maximum Power Point Tracking,),通过在太阳阵输出环节增加一辅助电路,将太阳阵工作点维持在,极大地提高太阳阵利用效率。

  理论简介

  本质上是一个用作阻抗匹配的电路,通过控制电路对整星阻抗进行匹配。鉴于太阳阵的光伏特性受到外界诸多因素影响(光照强度、温度等),其输出特性呈现非线形特征,为了问题的简化,太阳阵的模型可以看作是一个直流电源和一个电阻的串联,其中电阻是一个受到外界因素(光照、温度、辐射等)影响的可变电阻。这样,当外界因素发生变化时,势必造成可变电阻阻值的波动,进而影响太阳阵输出特性。利用电路所构成的MPPT功能电路(图1),图中R表示任一时刻整星的等效载荷。

  虽然太阳阵和DC/DC电路是非线性的,然而在极短时间里,可以作为线性电路处理。根据戴维宁定理可以将方框外的电路等效为一个阻抗,假设此阻抗为Req,则任一时刻此等效阻抗Req上得到的功率为:

  等式两边对Req求导并化简得:


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