基于電導增量法的MPPT研究

安徽理工大學電氣與信息工程學院 杜 肖

基于電導增量法的MPPT研究

安徽理工大學電氣與信息工程學院 杜 肖

太陽能組成的光伏陣列功率的輸出受環境因素不斷變化的影響，為了提高光伏電池的發電效率，需用最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，簡稱MPPT）法跟蹤光伏陣列。為降低環境因素的影響，考慮到電池的發電特性，在MPPT中引入一種電導增量法，并設計用TMS320F2812微處理器為核心的光伏發電的控制系統。

電導增量法；MPPT；光伏發電的；控制系統

1.引言

隨著科技社會的不斷進步，能源與環境問題嚴峻，我們國家開始重點開發清潔的和可再生的能源。因為太陽能安全方便、豐富清潔，所以是廣泛發展和探索的一種再生能源。由于太陽能電池發電效率受外界環境不斷變化的影響，所以如何跟蹤最大功率特別重要。目前應用最多的最大功率跟蹤方法有恒電壓法、擾動觀察法。其中，恒電壓法易于控制，穩定可靠性好。但無法控制溫度的影響，所以經濟上沒有優勢。 擾動觀察法也有簡單的結構，容易實現，但由于光伏陣列在最大功率點的附近做振蕩運行，存功率的損耗，不能精確的跟蹤步長和速度，難免會有誤判現象。

本文主要目的是改變其陣列的工作點，增高工作效率，減少其受擾動的影響，在所提方法的基礎上改進得到電導增量法，不僅可以提高工作效率，而且使系統更穩定。

2.光伏電池原理

太陽能的發電系統包括電池、蓄電池和控制器，光伏電池用半導體作為載體將太陽能的輻射轉成電能；控制器主要控制系統的充電放電；多余的電量交給蓄電池，用來解決啟動負載時的電流不足，還有因為環境影響使得負載不能在最佳工作點工作等問題。

圖1 光伏電池等效電路

3.MPPT算法的實現

電導增量法是K.H.Hussein提出的，在發電系統中廣泛應用。使用這種算法能在一定程度上減少損失，使系統以最大功率穩定運行，同時還起到消除誤判的作用。

在外界的環境相同的條件下（比如相同的溫度和光照），光伏電池的p-u的特性曲線是一階單峰的曲線且連續可導，因此，只要求得極值點就能找到最大功率點，也就定義了電導增量法。

在曲線的功率最大點，即極值點的地方當=0時，也就是功率對電壓求導，導數為零時，可得到最大功率。通過調節DC/DC變換器的變比來調節等效的阻抗值，來完成阻抗的匹配，達到最大功率輸出的目的。

以前的電導增量法是把跟蹤步長d假設成一個不變值，跟蹤的速度正比于步長的大小。步長大時，跟蹤的速度也快，但是會有較大的震蕩，步長小時，跟蹤的速度也慢，震蕩較小。因此我們對其改進，用改變步長的跟蹤的算法得到比較快的速度和比較小的系統穩態的震蕩。

設參數A=0.0001，仿真圖如圖2所示。

圖2 改進電導增量法仿真模型

（1）在溫度T=25℃保持不變，光照強度從S=1000W/m2跳變為S=800W/m2情況下的仿真結果如圖3、圖4所示。

（2）在光照強度S=1000W/m2保持不變，溫度從35℃跳變為25℃情況下仿真圖如圖5、圖6所示。

圖3 固定溫度負載功率圖

圖4 固定溫度功率輸出圖

4.總結

圖5 固定光照負載功率圖

根據仿真結果可以看出，大概在0.3秒系統就能跟蹤到功率輸出的最大值點，雖然這種算法有比較大的計算量，追蹤的時間有點長，但可以較長時間穩定在最大功率的點處，根據仿真圖我們可以看出波形比較平穩幾乎沒有震蕩，所有損失的功率比較小。

本文參考關于光伏電池的一些數學公式，主要研究了環境的溫度和光照的強度對電池特性輸出的影響。TMS320F2812是一種控制器，邏輯性強、計算能力優越，結合我們所提出的改進的變步長電導增量，能夠更加準確快速的跟蹤所需的最大功率。

圖6 固定光照功率輸出圖

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