基于滯環(huán)控制的MPPT擾動觀測改進方法

靖永海 鄺小飛 陶鈞炳

摘 要：在光伏并網發(fā)電的過程中需要對光伏電池的最大功率點進行跟蹤控制，來使得電池的利用率最高，提高發(fā)電效率。分析了 MPPT 的基本擾動觀測法的原理，并且分析它的優(yōu)缺點。在此基礎之上提出了一種基于滯環(huán)控制的MPPT擾動觀測改進方法，添加滯環(huán)技術進行二次判斷，來保證搜索算法的準確性，可避免誤判現象發(fā)生，同時對傳統(tǒng)擾動方法在MPPT點出現振蕩的問題有效抑制。

關鍵詞：滯環(huán)控制；MPPT；改進方法

一直以來光伏發(fā)電的隨機性問題始終存在，其根源在于改變光伏電池輸出特性的不可控外因較多，造成了光伏電池較為復雜的非線性發(fā)電特性。通常為實現光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的最大化，控制裝置需對其最大功率點進行實時追蹤，即進行最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT），現階段常用的MPPT方法包括：擾動觀測法、恒定電壓法、模糊控制法、導納增量法等。

1 基本的擾動觀測法

MPPT 的實現過程本質上采取的自尋優(yōu)機制，即通過控制端電壓或其他物理量，使光伏電池能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下智能化地輸出最大功率Pm。擾動觀察法MPPT的原理如圖1所示。

擾動觀測法的原理為：光伏電池初設定工作在某一參考電壓Vref下，并為該參考電壓假定一變化方向和較小的步長，然后使輸出電壓按假定方式變化。

上述擾動觀測法實現的MPPT原理簡單，且對光伏系統(tǒng)參數精確度要求不高，在環(huán)境變化較緩慢的場合下，一般可實現光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT需求。

然而，擾動觀測法MPPT多采取定步長機制，存在MPPT采樣步長和跟蹤時間之間固有的矛盾問題。其中，小采樣步長可提高MPPT精度，但其響應時間較長；反之，大采樣步長響應時間較短，但其MPPT穩(wěn)態(tài)精度受到了限制。上述問題，始終困擾著光伏發(fā)電系統(tǒng)應用。

2 擾動觀測法改進

定步長的擾動觀測法是一種自尋優(yōu)的搜索控制方法，一般而言存在前文指出的MPPT點附近的振蕩和誤判問題?；诖?，本文提出一種基于滯環(huán)控制的MPPT擾動觀測改進方法。

當光伏電池輸出功率在設定的滯環(huán)范圍內變化時，需要維持光伏電池的工作電壓不變，只有當功率的波動量超出設定的誤差范圍時，控制系統(tǒng)以一定的規(guī)律介入改變光伏電池的工作點電壓。為此，基于滯環(huán)控制的MPPT擾動觀測改進方法通過增加一個新的測量信息，并引入具有滯環(huán)特性的雙向擾動，具體如下：

1）在擾動觀測法實現MPPT的過程中，已知A點和B點分別為當前工作點和擾動后待測量點，而滯環(huán)MPPT新增的C點則有兩種選擇，分別為B點反方向兩個步長對應的觀測點或正方向一個步長對應的觀測點。

2）假設當前工作點A處并未發(fā)生誤判斷現象，故可將當前工作點A作為搜索中心，在其左右各取一點形成滯環(huán)，即A點為始終處于B、C兩點之間的滯環(huán)中心點。此時，令A、B、C三點對應功率分別為PA、PB、PC，并對其進行比較可得其對應九種關系，見圖2。圖中，當PA>PC時記作“+”，當PB>PA時記作“+”，反之均將其記作“-”。

3）通過對A、B、C三點之間的功率進行比較判斷，可以得出以下規(guī)律：規(guī)律1，若兩次擾動的功率比較值均為“+”，則電壓值保持原方向擾動；規(guī)律2，若兩次擾動的功率比較值均為“-”，則電壓值保持反方向擾動；規(guī)律3，若兩次擾動的功率比較值有“+”、“-”，則維持電壓不變。

至此，滯環(huán)比較法實際上是通過雙向擾動確定的方法來保證搜索算法的準確性，可有效避免誤判現象發(fā)生，同時對傳統(tǒng)擾動方法在MPPT點出現振蕩的問題有效抑制。

3 結論

論文研究了基于滯環(huán)控制的MPPT擾動觀測改進方法，可以得出以下結論：

1）基本的擾動觀測法MPPT存在MPPT采樣步長和跟蹤時間之間固有的矛盾問題

2）基于滯環(huán)控制的MPPT擾動觀測改進方法，可增加MPPT穩(wěn)定精度，削弱穩(wěn)定擾動，有較好的輸出特性。

參考文獻：

[1] 魏芬.淺談MPPT太陽能充電控制器[J].科技風，2015（22）：35.

[2] 黃克亞.光伏系統(tǒng)最大功率點跟蹤實現算法比較研究[J].科技風，2010（12）：202+216.

[3] 古俊銀，陳國呈.單級式光伏并網逆變器的無電流檢測MPPT方法[J].中國電機工程學報，2012， 32（27）：149-153.

作者簡介：靖永海（1989-），男，河南新鄉(xiāng)人，碩士，研究領域：光伏并網微逆變器。