[科普中国]-功率周期

输出功率采样周期。

近年来，光伏发电研究主要集中在变换器拓扑结构、最大功率点追踪(maximum power point tracking，MPPT)和并网发电。但一些实验研究发现，输出功率采样周期对光伏系统性能具有较大的影响。该文以太阳能电池基本电路方程为基础，构建不依赖于变换器及MPPT算法的光伏系统采样周期与光照强度、环境温度、工作电压、工作电流、占空比之间的小信号数学模型，详细分析采样周期在寻优过程中的作用机理。仿真和实验结果表明，该构建的光伏系统采样周期数学模型具有较高的可靠性和实用性。

简介光伏发电作为一种可再生的清洁能源，已成为分布式发电系统的重要组成部分。当前，光伏系统的研究主要集中在变换器的拓扑结构、最大功率点追踪(maximum power point tracking，MPPT)算法及并网发电等方面。实验研究发现，光伏系统输出功率采样周期设计不合理，也会严重影响系统的性能。一方面光伏系统最大功率点(maximumpower point，MPP)受环境因素影响很大，表现出很大的随机性；另一方面，在实现MPPT过程中，变换器在每一次扰动之后，其输出要经历一个振荡过程，振荡时间受环境参数、系统参数及扰动幅度影响。输出功率采样周期太大会导致MPPT算法持续误判，系统始终不能收敛到最大功率点处。而采样周期过小，则采样数据为暂态值，导致系统严重振荡，功率损失较为严重。因而，输出功率采样周期的选择对采样数据的正确性及MPPT算法的性能有重要的影响。然而，光伏系统输出功率采样周期作用机理及其数学模型等相关内容，相关期刊文献尚未报道。1

MPPT输出功率采样周期的选择由反馈控制理论可知，当系统经过调整时间T之后，系统输出基本达到稳定，T表达式为

式中=△P/ (2|△P0I)。为分析系统动态特性,由反馈控制理论可知，一般将作为一个系统暂态过程结束的参考指标。当《0.03时，认为暂态过程结束。为使MPPT算法不受固有暂态振荡特性的影响，则采样周期Ta需满足：Ta》T。需要强调，本式是系统输出功率采样周期设计的约束条件，并不是光伏变换器的开关周期的约束条件。光伏变换器的开关周期由系统其它参数性能指标决定。

若考虑Boost变换器电容Ci及电感L寄生电阻RCi和RL的影响，则阻尼系数为

通过分析可知，寄生参数RCi和RL对阻尼系数的影响很小，其相当于引入一个高频零点，因此对采样周期Ta和MPPT算法无影响，可忽略。

光伏系统的功率输出要经历一个振荡过程，其振荡时间由两方面因素制约：系统固有参数L、Ci和最大功率点等效阻抗RMPP。为采样到数据的可靠性，必须保证采样时间Ta满足式Ta》T；同时为保证MPPT算法可靠性、光伏系统能快速收敛到最大功率点及系统的输入输出动态响应指标，采样周期在满足式Ta》T的基础上，又不能太大。因此要综合考虑采样周期Ta的设计，通过分析和后面的仿真实验研究分析发现，光伏系统采样周期比较合理的选择是：Ta=2~5T。1

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学