基于改進MPPT算法的光伏發電系統設計

劉志東

摘要：新型太陽能發電作為一種可再生清潔能源，具有沒有資源枯竭危險、絕對高的安全性、資源信息分布廣泛。光伏發電效率依舊非常的低，所以改善發電效率是太陽能發電的重要研究方向。最大功率點這一要素在相對短暫的光伏發電史上涌現出了各種控制算法，其中最具影響力的便是MPPT控制算法。本文通過對傳統算法技術的解析，并進行了優化部分算法。

關鍵詞：光伏發電;MPPT控制算法;改進MPPT算法

中圖分類號：TP308? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）26-0141-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Design of Photovoltaic Power Generation System Based on Improved MPPT Algorithm

LIU Zhi-dong

（JiLin Agricultural Science and Technology University， Jilin 132101， China）

Abstract： As a kind of renewable and clean energy， new solar power generation has no danger of resource depletion， absolute high security and wide distribution of resource information. Photovoltaic power generation efficiency is still very low， so improving power generation efficiency is an important research direction of solar power generation. The maximum power point of this element in a relatively short history of photovoltaic power generation emerged in a variety of control algorithms， the most influential is MPPT control algorithm. This paper analyzes the traditional algorithm technology and optimizes some algorithms.

Key words： photovoltaic power generation; MPPT control algorithm; Improved MPPT algorithm

太陽能發電作為一種可再生清潔能源，具有沒有資源枯竭危險、絕對高的安全性、資源信息分布廣泛、受到不同地域環境限制小以及潛在的可經濟性等多大優勢，在長期可再生清潔能源發展戰略中一直占據重要戰略地位。隨著太陽能光伏技術在中國的快速發展，該技術已經廣泛應用于中國的大多數領域提供能源。在這種擁有資源但未能完全利用的大環境下光伏發電擁有很大的發展前景。除天氣環境、自然條件和材料本身造成的不可避免的損失外，其余可控的、可提升的、可探究的條件都是未來光伏發電提高效率需要研究的主要方向。為了能夠合理地搭配系統，提升發電效率;需要對經典的MPPT控制算法及其他提升效率的控制算法進行分析、測試、改進，提煉出各種算法的優缺點，使提升光伏發電效率的算法能被使用者合理的應用。本文通過講解各種算法技術，對其進行優劣判斷，并進行了優化。

1 光伏陣列發電原理

光伏電池的 I?V 物理特性會隨著外界環境和溫度發生改變，光伏電池簡化模型如圖 1所示。

光伏電池的I-V數學模型為：

[pv=Iph-Io[exp（q（Upv+Ipv*Rs）O*L*N）-1]-Upv+Ipv*RsRsh]? ?（1）

2 光伏發電提升效率的提升

在光伏發電技術發展歷程中研究人員總結出兩個提升光伏電池發電效率的方向，即控制光輻射度和控制最大功率點。圍繞最大功率點這一要素在相對短暫的光伏發電史上涌現出了各種控制算法，其中最具影響力的即是MPPT控制算法。

在均勻的光照下光伏組件發電機組輸出波動性很大，與光伏組件所處的環境息息相關，因容易直接受到外界環境的變化，即光照強度、外界溫度及空氣中的濕度等。使得在實際應用中矩陣輸出的電能不斷發生變化， mppt 控制算法是對于圖2中 mpp 點的一種跟蹤和控制，使矩陣輸出的效率穩定且能夠保持最大的發電效率。

3? 優化的MPPT算法

三點法由于其功率控制簡單、算法實現極其簡單等優勢，得到了廣泛的應用。它是一種基于功率預測的MPPT算法。該算法是在一種光伏電池（P-V）功率特性曲線的頂點附近，從左到右依次選取A、B、C三個點。根據三次方法確定電壓的變化，傳統的三點算法將整個系統的工作電壓按照固定的模式進行預處理，對于小調整，電流ΔV，依次采用穩定跟蹤算法，但三點光連續變化的動態性能較差，導致效率低下。

優化算法主要預測功率，克服了三點法對光照連續變化不敏感的缺點。通過采集A、B、C三個點的電壓和電流，可以得到三個點的功率。判斷三個點的功率，計算M值，比較M和C點的功率值，確定跟蹤方向。當光線迅速變化時，兩點被認為落在同一光線上。因此，本文提出的光伏最大功率點跟蹤算法（MPPT）可以消除光照變化帶來的影響，達到良好的動態跟蹤效果，如圖3所示。

從不同動態跟蹤效率結果圖能夠了解，優化后三點法跟蹤效果較好，這種算法通過使用功率預測功能，使得跟蹤效率進一步提升，提高了逆變器的工作效率。

參考文獻：

[1] 張怡，劉洋，穆勇.風光互補發電系統的分布式模型預測控制[J].控制工程，2021，28（3）：501-509.

[2] Gong Y，Liu P，Liu Y N，et al.Robust operation interval of a large-scale hydro-photovoltaic power system to cope with emergencies[J].Applied Energy，2021，290：116612.

[3] 唐杰，唐杰，唐婷婷.基于MATLAB的光伏并網發電系統仿真[J].船電技術，2021，41（3）：58-60.

[4] 柏宗元，張繼勇，李敏艷.基于模糊控制的光伏電池最大功率點跟蹤算法仿真研究[J].科技創新與應用，2021（10）：26-28.

[5] 成馳，陳正洪，孫朋杰，等.基于典型氣象條件的風光互補系統容量優化[J].太陽能學報，2021，42（2）：110-114.

【通聯編輯：梁書】