[論文レビュー] A Revised Incremental Conductance MPPT Algorithm for Solar PV Generation Systems

Meng Yue, Xiaoyu Wang|arXiv (Cornell University)|May 19, 2014

Photovoltaic System Optimization Techniques参考文献 18被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、P-V曲線の勾配に基づいて電圧ステップサイズを動的に調整する、見直されたインクリメンタルコンダクタンス（IncCond）MPPTアルゴリズムを提案する。加速要因と減速要因を用いることで、動的環境条件下でも振動を最小限に抑え、追従速度を向上させる。シミュレーション結果は、従来手法と比較して、最大出力ポイント（MPP）への収束が速く、周囲の振動が少ないことを確認している。

ABSTRACT

A revised Incremental Conductance (IncCond) maximum power point tracking (MPPT) algorithm for PV generation systems is proposed in this paper. The commonly adopted traditional IncCond method uses a constant step size for voltage adjustment and is difficult to achieve both a good tracking performance and quick elimination of the oscillations, especially under the dramatic changes of the environment conditions. For the revised algorithm, the incremental voltage change step size is adaptively adjusted based on the slope of the power-voltage (P-V) curve. An accelerating factor and a decelerating factor are further applied to adjust the voltage step change considering whether the sign of the P-V curve slope remains the same or not in a subsequent tracking step. In addition, the upper bound of the maximum voltage step change is also updated considering the information of sign changes. The revised MPPT algorithm can quickly track the maximum power points (MPPs) and remove the oscillation of the actual operation points around the real MPPs. The effectiveness of the revised algorithm is demonstrated using a simulation.

研究の動機と目的

• 急速に変化する環境条件下で、従来のIncCond MPPTアルゴリズムが高速な追従性と最小限の振動を達成できないという限界を解消すること。
• P-V曲線の曲率に基づいて電圧ステップサイズを適応的に変更することで、MPPTの動的応答を向上させること。
• 符号変化検出と勾配情報を利用したステップサイズの知的調整により、MPP周辺の定常状態の振動を低減すること。
• リアルタイム太陽光発電システムにおける追従精度と収束速度を向上させること。
• 変化する日射量および温度条件下でのシミュレーションを通じて、見直されたアルゴリズムの有効性を検証すること。

提案手法

• 追従性能を向上させるために、出力電圧（P-V）曲線の勾配に基づいて電圧ステップサイズを動的に調整する。
• 連続するステップでP-V曲線勾配の符号が変化しない場合、加速要因を適用してステップサイズを増加させ、収束を高速化する。
• 勾配の符号が変化する場合、ステップサイズを減少させることでMPP付近でのオーバーシュートおよび振動を最小限に抑える。
• 符号変化検出に基づいて、電圧ステップ変化の上限値を動的に更新することで、過渡状態での大きな偏差を防止する。
• P-V曲線勾配とその変化をリアルタイムでモニタリングし、MPPの事前知識が不要なステップサイズ適応を支援する。
• 勾配に基づく意思決定論理と適応ゲイン制御を統合することで、MPPT動作における速度と正確性のバランスを図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 急速に変化する日射量および温度条件下で、適応的ステップサイズ機構がIncCond MPPTアルゴリズムの収束速度を向上させ得るか？
• RQ2 加速要因および減速要因の使用が、MPP周辺の振動低減にどのように寄与するか？
• RQ3 電圧ステップサイズ上限値の動的調整が、追従安定性にどの程度向上効果をもたらすか？
• RQ4 従来のIncCond法と比較して、提案されたアルゴリズムは振動を低減しながらも高い精度を維持できるか？
• RQ5 提案手法は、過渡環境条件下でも安定性を損なわず、MPPへの追従速度を向上させることができるか？

主な発見

• 見直されたアルゴリズムは、動的環境変化下で従来のIncCond法と比較して、最大出力ポイント（MPP）への収束が著しく速い。
• P-V曲線勾配および符号変化に基づく適応的ステップサイズ制御のおかげで、MPP周辺の振動が顕著に低減された。
• 加速および減速要因の使用により、大規模な不具合発生時におけるMPPへの迅速な到達と、MPP付近での滑らかな安定化が可能になった。
• 電圧ステップ変化の動的上限値が、急激な変化時のオーバーシュートを防止することで、システムの安定性を向上させた。
• シミュレーション結果は、追従性能の向上と、振動に起因する定常状態の出力損失の低減を示している。
• アルゴリズムは速度と正確性のバランスを効果的に実現しており、リアルタイム太陽光発電システムに適している。