基于增量電導法的光伏最大功率跟蹤的仿真研究

張曉航 李 凱 張 卡

（貴州大學電氣工程學院，貴州 貴陽550025）

0 引言

太陽能直接輻射到地球的能量豐富，分布廣泛，可以再生，對環境無污染，而且利于方便，是國際社會公認的理想新能源。因此，最近幾年太陽能光伏發電獲得廣泛的應用。然而，光伏電池受環境的影響比較大，比如光照強度溫度等等，直接并網容易對電網造成不良影響[1]。另外，光伏電池目前所普遍采用的是晶硅材料，而晶硅材料的成本較高而且轉換效率也比較低。為了減少能量功率損失，提高光照的利用效率，通常采用最大功率跟蹤控制使光伏輸出盡可能的達到最大功率。本文仿真所采用的是工程上所用的簡化數學模型。

1 光伏電池模型

光伏電池是利用半導體材料的光生伏打效應制成的，它的輸出電流及電壓受溫度、光照強度的影響，其中外界溫度變化主要影響光伏電池的輸出電壓，而光伏電池的輸出電流主要是由光照強度影響[2]。

本文所采用的是工程用光伏電池簡化模型為：

在此基礎上，考慮將溫度的變化量

ΔT=T-Tref

和光照強度的變化量

ΔS=S/Sref-1

引入，可得：

式中，e為自然底數;b=0.5為常數；c=0.0028℃-1為標準條件下的電壓穩定系數；a=0.0025℃-1為標準條件下電流溫度系數；Isc、Uoc、Im、Um分別為光伏電池板短路電流、開路電壓、最大功率點電流、最大功率點電壓。本文所搭建光伏電池板simulink模型就是基于上述工程數學模型。

2 光伏發電最大功率跟蹤（MPPT）及原理

本文最大功率跟蹤采用的是基于Boost電路的電導增量法，電導增量法是通過改變Boost升壓電路的占空比來調整光伏電池輸出的電壓，使之逐漸接近最大功率點的電壓來實現最大功率點的跟蹤。由光伏電池的功率-電壓特性曲線可以知在最大功率點出有=0的關系，此時光伏電池的工作點位于此刻最大功率點處，需要保持參考電壓大小不變，使光伏電池始終工作在最大功率點處。

3 實例分析與仿真

本文所采用的光伏電池板為1000W，每塊電池板的參數為：短路電流Isc=12.92A，開路電壓Uoc=107.5V，最大功率點電流Im=11.42A，最大功率點電壓Um=87.5V。

3.1 光伏電池板仿真

由光伏電池的工程簡化模型可知，在光照與溫度一定時，其輸出電流為輸出電壓的函數。取標準光照強度S=1000W/m2，Tref=25℃，光伏組件的電壓-電流、電壓-功率輸出特性如圖1和圖2所示：

圖1 光照為1000W/m2時功率-電壓曲線

圖2 光照為1000W/m2時電流-電壓曲線

由圖1和圖2可知，在標準狀況下（光照為1000W/m2，T=25℃），光伏組件仿真開路電壓Uoc=107.5V，短路電流Isc=12.92A，最大功率點電流Im=11.42A，最大功率點電壓Um=87.5V，最大功率為1000W考慮到光伏組件實物的轉化效率，其誤差屬于可接受范圍，表明仿真曲線得出的數值與廠家給定的幾個參數值基本相等，所以，所搭建的仿真模塊能較好地模擬光伏電池板輸出特性。

3.2 MPPT仿真分析

在標準狀況1000W/m2，T=25℃的條件下，接入負載R=100Ω電阻，Boost電路輸入端電容取C1=500e-5F，電感取L=3.675e-3H。輸出端電容C2=2.825e-5F。

在0.5s之前，光照強度設置為600W/m2，0.5s時光照強度突然增大到1000W/m2，由仿真結果圖3可以看出功率能夠迅速的跟隨光照強度的增加迅速達到最大功率。

圖3 光照變化時最大功率跟蹤曲線

4 結語

本文以光伏電池工程數學模型為基礎，通過建立simulink仿真模型，將其仿真實驗結果與實際情況相比較，驗證了此仿真模型的正確性。最后建立基于升壓電路的最大功率跟蹤仿真模型，最大功率跟蹤采用增量電導法，最后的仿真結果表明所搭建的模型能較好地完成對最大功率點跟蹤的工作，為深入研究其特性及應用打下了良好的基礎

［1］何道清,何濤,丁宏林.太陽能光伏發電系統原理與應用技術[M]．化學工業出版社,2012．

［2］胡長武,李國寶,王蘭夢,等.基于Boost電路的光伏發電MPPT控制系統仿真研究[J].光電技術應用,2014,29(1):84-88.

［3］王廈楠.獨立光伏發電系統及其MPPT的研究[D].南京:南京航空航天大學,2008.

［4］楊文杰.光伏發電并網與微網運行控制仿真研究[D].成都:西南交通大學,2008.

［5］李潔,劉蘊達.光伏電池和MPPT控制器的仿真模型[J].電源技術,2012,36(12):1836-1839.

［6］張翔,王時勝,余運俊.基于電導增量法MPPT仿真研究[J].科技廣場,2013,2:60-64.