新型電導增量法實現光伏系統的最大功率跟蹤控制

許苗苗

（西安建筑科技大學，710043）

0 引言

在資源日益匱乏的今天，太陽能光伏發電作為可再生能源的重要組成部分越來越多的被各個領域所應用。如何提高太陽能光伏發電轉換效率便成了不容小覷的一個問題，最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking,MPPT）控制是決定光電轉換效率的關鍵技術。最大功率點跟蹤控制方法也已成為近些年人們研究的熱點。

1 任意光照強度和溫度下光伏電池輸出特性

光伏電池的種類較多，但目前應用較多的是硅光伏電池，它屬于半導體光電材料，通過光生伏打效應將太陽光輻射到硅電池上而產生電。依據電子學理論，可以將光伏電池的特性用一個等效電路來描述，如圖1所示：

圖1 光伏電池等效電路

以上述模型為基礎并引入補償系數，可得到任意光強下S和電池溫度T下的輸出特性曲線。

2 電導增量法的控制原理

電導增量控制法是對擾動觀察控制法的改進。從光伏電池輸出特性仿真結果可知，光伏電池的 P-V曲線是一個單峰值曲線，由極值原理可知，在最大功率點處必有dP/dV=0。其中，P是光伏電池的輸出功率，V為光伏電池輸出電壓。但在最大功率點處，推導出了電導I/V與電導變化量dI/dV之間的關系，將I/V+dI/dV的符號作為判斷光伏電池的工作狀態的標準，并以此進行光伏電池的MPPT控制。

2.1 傳統固定步長電導增量法

傳統電導增量法的固定迭代步長通常決定著最大功率跟蹤過程中的穩態響應和動態響應速度。電導增量法在步長和閾值的選擇上存在一定的困難，步長的大小將決定跟蹤速度。如果步長過小，則跟蹤時間較長，相應的動態品質變差。步長較大時系統反應較快，但是光伏系統有可能不是工作在真正的最大功率點,并且會在最大功率點附近波動，從而導致穩態品質變差，從而加大了功率損耗。

2.2 新型改進步長電導增量法

基于| (dP/dV)/p |參考曲線設計的新型變步長電導增量（INC）法，在傳統INC方法的基礎上，增加了步長判斷模塊，由系統采樣的V(k)和I(k)計算出|(dP/dV)/p |的數值并根據設定控制策略判斷并改變系統下一次的擾動步長。為了使 MPPT 控制具有較好的動態響應和穩態控制效果，MPPT控制方法需要在離最大功率點較遠的地方采取較大跟蹤步長，在最大功率點附近采取較小跟蹤步長。

3 太陽能光伏發電系統的仿真模型

本設計采用Boost升壓式DC-DC變換電路實現光伏電池的最大功率點跟蹤。仿真模型如圖2所示，圖中L=100μH，C=220μF，R=10Ω，C1=1100μF，這里采用變步長的 ode45tb 以獲得最佳的仿真速度，仿真時間設為 0.1s。

在標準狀態即T=25℃，S=1000W／m2，采用兩種不同控制方法所得光伏陣列的輸出功率波形如圖3所示。

圖2 太陽能光伏發電系統仿真模型

圖3 不同電導增量法仿真結果圖

從兩圖的比較可以看出，本文采用的方法，其輸出電壓能在0.006 s內達到穩定狀態，且波動比傳統固定步長INC方法小很多，而且超調量也比傳統固定步長INC方法小很多。

4 結論

本文針對傳統電導增量法的缺點，結合太陽能光伏電池輸出的曲線特性，提出了新型步長變化電導增量法，以Matlab／Simulink為平臺進行仿真，通過實驗對比，表明該新型的控制算法保證光伏電池能快速、精確地跟蹤最大功率點，具有更優的系統動態響應特性和穩態特性。

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