一種變步長電導增量法的MPPT研究

摘 要：光伏電池的輸出電流與電壓呈非線性關系，當外界環境突變時，它的特性輸出曲線也會發生改變，相應的最大功率點也會出現偏移。為了光伏電池可以長時間保持高效率轉換，我們需利用最大功率點跟蹤技術對它進行掃描追蹤。本文采用一種改進的電導增量法，此方法可以提升系統追蹤精度和速度，利用 MATLAB軟件可以驗證此方法的可取性。

關鍵詞：光伏電池； 最大功率點；電導增量法；MATLAB

1 引言

光伏發電技術的核心在于光電轉換，為了提高光電轉化率，我們需要使光伏電池可以較長時間的穩定工作在最大功率點，因此對最大功率點的實時追蹤顯得尤為重要。

目前在實際生活中常用的MPPT算法有恒壓追蹤法、擾動觀察法和電導增量法。恒壓追蹤法結構簡單易操作，但它的誤差較大。擾動觀察法由于原理簡單易實現，需要測量的參數較少，因此廣泛應用于實際工程中。但是它存在一個震蕩現象，這種震蕩影響了該算法的精度，易出現誤判。在實際應用中，電導增量法由于精度和速度的優越性被人們廣泛使用[1]。但是，傳統的電導增量法采用定步長的追蹤方法，不能同時滿足精度和追蹤速度的要求，因此這里采用了一種改進過的電導增量法，它的步長設定值可根據系統需要來變化，以此能夠更好的完成追蹤目的。

2 光伏電池的原理

光伏電池是光伏發電技術的核心器件，它是一種基于光生伏特效應的半導體元件，可以把接收到的太陽能直接轉化成光能。

其中： 為等效二極管的PN結反向飽和電流； 是PN結中一個電子所帶的電荷；A為PN結的理想常數因子，一般為1～2之間； 是玻爾茲曼常數， t是光伏電池的表面溫度[2]。

3 變步長電導增量法的實現

電導增量法以擾動法的思想為基礎加以改進，提升了追蹤的精度和速度，尤其是當外界環境突變時，利用對輸出電壓和功率變化的實時檢測，實現了對最大功率點的平穩追蹤，有效避免了擾動法的誤判現象。

光伏電池的P-V特性曲線是單峰曲線且函數是連續可導的，在系統的最大功率點處函數取得最大值，即在此工作點函數的極值為0。因此，判別某一時刻工作點的極值大小，然后通過調節DC/DC的變比，即可對當前的輸出電壓進行調控，使此工作點越來越接近最大功率點，完成跟蹤目的[3]。這就是電導增量法的定義。

傳統的電導增量法采用定步長的追蹤方法，不能同時滿足精度和追蹤速度的要求，因此這里采用了一種改進過的電導增量法，它的步長設定值根據系統的需要一直做出相應的改變，以此能夠更好的完成追蹤目的[4]- [5]。

如果 說明最大功率點在當前工作點的左邊區域內，此時應升高輸出電壓值，使工作點盡快接近追蹤點，然后對擾動步長設定為 ，當外界環境突變時可以減少對輸出功率的影響。

設定步長值為 。變步長電導增量法的MPPT模型如圖2所示，仿真時取a=0.001，k=2。

在本次仿真中，設置光伏電池模型的參數為： =9.28A， =45.8V， =8.77A， =37.1V，L=2mH，C=220?F，R=20 ， 系統啟動0.2s后結束仿真。

（1）設置光伏系統的外界溫度為恒溫25 ，當t=0.1s時，設置光照強度模擬值從1000 突然降低到800 ，波形圖如圖4。

（2）設置光伏系統接收光照為恒定1000 ，當t=0.1s時，設置外界溫度模擬值從40 突然降低到20 。波形圖如圖5。

4 總結

仿真結果證明，當外界環境突變時，本文提出的變步長電導增量法可以準確追蹤至最大功率點，由圖可看到，系統在初始階段震蕩較小，整個采樣階段較穩定，同時兼顧了光伏系統所需的精度和速度。而且變步長電導增量法的邏輯運算更為清晰，為后續的實驗研究奠定了基礎。

參考文獻

[1]徐鵬威， 劉飛， 劉邦銀，等. 幾種光伏系統MPPT方法的分析比較及改進[J]. 電力電子技術， 2007， 41（5）：3-5.

[2] 姚傳宇. 光伏發電系統MPPT控制策略的研究[D]. 東北農業大學， 2015.

[3] 杜肖. 基于電導增量法的MPPT研究[J]. 電子世界， 2017（19）：169-170.

[4] 彭志輝， 和軍平， 馬光， 等. 光伏發電系統MPPT輸出功率采樣周期的優化設計[J]. 中國電機工程學報， 2012，32（34）： 24-30.

[5]黃舒予，牟龍華，石林. 自適應變步長MPPT算法[J]. 電力系統及其自動化學報，2011，23（5）：26-30.

作者簡介

劉星（1994-），河南南陽人，碩士研究生，研究方向電力系統及其自動化