电容式电场能收集装置整流调理电路MPPT技术

4.整流调理电路MPPT 控制技术

为了控制集能电容输出电流，并提高系统的稳定性，采用电流闭环反馈控制方式。将集能装置输出电容框进整流电路中，所示该系统控制框图：

从图5 和图6 可以看出，当ac V 或R 变化时，最大功率点也会随之变化， ac V 与空间电场的强度、方向、集能电容特性等因素相关，R 值则与集能电容的填充介质的材料，电力电子器件导通阻抗，开关频率等条件有关，是否受电场强度大小和方向的影响，还需要进一步实验加以验证。如何在电场大小和方向均时刻变化的变电站电磁环境中快速的找到最大功率点，则成为MPPT 算法的关键。

根据公式(9)，如果测出集能电容等效电压源电压Vac与系统等效内阻R 的值，即可求出电路最大功率输出点。但由于平板电容器供电时，其两端电压为Vac与等效内电容，内电阻电压之和，所以Vac 在实际系统中很难直接测出，而R 的值会随周围温度、湿度、电场等条件变化而变化，也很难直接测出。所以，需要一定的算法来实现该电路的MPPT 控制。　　

5.MPPT算法的实现

电场能集能装置的MPPT 控制可以借鉴光伏系统。光伏系统中常用的MPPT 控制方法有：恒定电压法，扰动观察法，增量电导法等。由于本系统中控制为输出电流，且最大功率点电流值随电场强度、方向等因素变化很大，恒定电压法并不适合于此控制。因此，本文选用扰动观察法作为其MPPT 控制算法。扰动观察法可以在系统参数R、ac V 未知的情况下，只需要测量电路电流等参数即可实现算法，具有采样参数少、只需进行简单的逻辑判断，编程容易实现、系统稳定等优点。

电场能集能装置扰动观察MPPT 控制与光伏发电中扰动观察MPPT 控制策略相类似。但不同的是，电场能集能装置输出为交流，输入到电网的电流也是时刻变化，可光伏阵列输出则为直流。因此，并不能像光伏发电MPPT 控制一样进行实时的控制。设集能装置等效电压源电压与输出电流的瞬时值同相位，分别为：

6.仿真验证

7 结论　

在变电站无线传感器供电的直流网络中，电磁场能集能装置整流调理电路始终工作于MPPT模式，即最大限度地向直流电网输出功率。文中用于电容式电场能集能装置MPPT 控制的整流调理电路拓扑，具有比其他电路拓扑更优越的性能，且该电路具有良好的电流跟踪特性，适合运用于电场能集能装置MPPT 控制技术。文中分析并给出电场能集能装置输出电流-并网功率( orms dc I − P )曲线，并将扰动观察法用于其MPPT控制。仿真结果证实了整流调理电路具有良好的电流跟踪特性，且在等效电压源ac V 与等效内阻R 变化时，MPPT控制算法均可有效地找到最大功率点，并在其附近的一个较小范围往复达到稳态。仿真结果表明了文中电路拓扑性能的优越性与控制算法的有效性，为智能电网无线传感器电场能供电的实用化打下基础。