光伏電池最大功率點跟蹤控制技術(shù)綜述

秦媛倩

【摘要】為了高效地利用太陽能資源，對太陽能電池的最大功率點跟蹤技術(shù)相繼被提出，本文主要通過對最大功率點跟蹤算法進(jìn)行梳理和歸納，分析各種控制算法的特點，為后續(xù)研究方向提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】最大功率點跟蹤 太陽能 控制

一、引言

隨著能源危機(jī)的到來，清潔能源的運用備受關(guān)注，尤其以太陽能能源的應(yīng)用較為廣泛，但由于光伏電池的輸出特性為非線性，因此，如何最大限度的獲得太陽能的輸出能量成為研究熱點，由此，基于最大功率點跟蹤控制算法相繼被提出。

二、最大功率點跟蹤控制方法

1、固定電壓跟蹤法。在環(huán)境溫度一定時，不同的光照強(qiáng)度下光伏電池的最大功率點幾乎落在同一根垂直線的兩側(cè)鄰近，因此把最大功率線近似地看成電壓為固定值的一根垂直線，使光伏電池工作于某一個固定的電壓，這就是固定電壓跟蹤法。早期的光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤控制方法是在光伏陣列和負(fù)載之間通過一定的阻抗變換，使得光伏系統(tǒng)成為一個穩(wěn)壓器，構(gòu)成固定電壓式的MPPT控制。但由于實際運行環(huán)境中，溫度不斷變化，該方法并不能在所有的不同環(huán)境溫度下實現(xiàn)最大功率點跟蹤，因此，該方法適用于溫度變化不明顯的場合。

2、擾動觀察法。擾動觀察法其原理是周期性的增加或者減少太陽能電池輸出的電壓，然后觀測之后其輸出功率變化方向，進(jìn)而決定下一步的控制信號，此種控制方法雖然原理簡單，但是其響應(yīng)速度慢，僅適合應(yīng)用于光照強(qiáng)度變化較為緩慢的場合，而且在光照變化較快時，容易產(chǎn)生誤判。C.Hua等提出一種變步長尋優(yōu)的方法，目的在于使得在離最大功率點較遠(yuǎn)的地方，使用大步長跟蹤，提高跟蹤速度，在離最大功率點較近的地方，使用小步長跟蹤，減小振蕩幅度，較傳統(tǒng)步長為固定大小的擾動觀察法而言，提高了控制精度。姚曉君等提出一種光伏電池的一種自適應(yīng)最大功率跟蹤算法，利用輸出功率的變化量來形成擾動信號，從而根據(jù)擾動指令對DC/DC變換器的占空比進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。劉傳洋等提出一種對光伏電池最大功率點跟蹤算法的優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)光伏電池的電壓和電流計算得到光伏電池的瞬時功率，通過兩個采樣點瞬時功率的差值決定擾動步長以及DC/DC變換器的占空比。為了降低擾動觀察法得誤判概率，提出了將擾動觀察法與模糊控制方法相結(jié)合的控制算法，以脈寬調(diào)制電路的占空比作為擾動量進(jìn)行跟蹤控制。為了提高系統(tǒng)抗干擾能力，降低誤判.學(xué)者們提出了利用三次插值法以及3段變步長爬山法，在外界環(huán)境溫度有較大波動時以最快速度重新到達(dá)自尋優(yōu)區(qū)。

3、電導(dǎo)增量法。K.H-Hussein于1995年提出了電導(dǎo)增量法，通過光伏陣列的P-U曲線，在最大功率點處斜率為0，在輸出電導(dǎo)的變化量等于輸出電導(dǎo)的負(fù)值時，光伏電池即工作在最大功率點處。

傳統(tǒng)電導(dǎo)增量法采用固定步長，在步長選擇較大時，對光照強(qiáng)度的變化跟蹤快，但震蕩較為嚴(yán)重，當(dāng)步長較小時，雖然震蕩減輕，但對光照強(qiáng)度變化跟蹤慢，因此，基于固定步長的缺陷，蔡明想等提出了一種采用變步長的方式，當(dāng)工作點遠(yuǎn)離最大功率點時，加大步長，加快跟蹤，當(dāng)工作點在最大功率點附近時，減小步長，提高跟蹤精度。學(xué)者們對于電導(dǎo)增量法做了諸多改進(jìn)，提出了一種電導(dǎo)增量法與模糊控制組合算法，當(dāng)光伏系統(tǒng)工作在最大功率點附近時采用模糊控制實現(xiàn)MPPT控制，在光伏系統(tǒng)工作于遠(yuǎn)離最大功率點時，采用電導(dǎo)增量法實現(xiàn)MPPT控制，達(dá)到了較好的控制效果。還提出了一種固定電壓法結(jié)合電導(dǎo)增量法的控制算法，在外界溫度環(huán)境發(fā)生突變時，使用固定電壓法將光伏陣列的工作點調(diào)整到最大功率點附近，隨后用小步長的電導(dǎo)增量法逼近最大功率點。同時，使用零均值法改善最大功率點附近的震蕩問題，使用微分一跟蹤器方法對電導(dǎo)增量法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合智能數(shù)據(jù)庫達(dá)到實時跟蹤控制等等。

4、其他方法。利用粒子群優(yōu)化算法突出的尋優(yōu)功能提出了基于粒子群優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏電池跟蹤控制算法，利用模糊控制算法針對非線性系統(tǒng)具有良好控制精度的特點，提出了基于模糊邏輯的MPPT算法，加快了響應(yīng)速度，而由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對外界環(huán)境的變化有極為強(qiáng)大地自習(xí)能力，學(xué)者們將模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，提出了更為精確的MPPT控制算法，同時還有負(fù)載跟蹤控制法、光源跟蹤該控制法、開路電壓法等等。

三、小結(jié)

在電力新能源強(qiáng)勢發(fā)展的今天，太陽能作為主要清潔能源之一扮演著十分重要的角色，為了獲得穩(wěn)定、高效的能源，控制算法的日益成熟為太陽能電池的最大功率點跟蹤奠定了基礎(chǔ)，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能最大功率點跟蹤控制的控制器智能化、集成化勢必成為今后研究重點。