局部陰影下光伏陣列MPPT算法及實(shí)現(xiàn)

邵偉明，程樹英，林培杰，李炎東

（福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院微納器件與太陽(yáng)能電池研究所，福州350108）

DOI：10.13234/j.issn.2095-2805．2016．1．18中圖分類號(hào)：TM744文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

局部陰影下光伏陣列MPPT算法及實(shí)現(xiàn)

邵偉明，程樹英，林培杰，李炎東

（福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院微納器件與太陽(yáng)能電池研究所，福州350108）

針對(duì)傳統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤全局掃描法用時(shí)長(zhǎng)的缺陷，對(duì)局部陰影下光伏陣列輸出特性進(jìn)行分析，獲得歸一化的最大功率點(diǎn)電壓的分布規(guī)律。利用該規(guī)律結(jié)合擾動(dòng)觀察法，提出一種改進(jìn)型全局最大功率跟蹤的掃描算法。首先，確定可能存在局部最大功率點(diǎn)的區(qū)域；然后，對(duì)該區(qū)域使用擾動(dòng)觀察法局部掃描，獲得所有的局部最大功率點(diǎn)；最后，選取其中最大的點(diǎn)作為全局最大功率點(diǎn)。該算法能夠大幅度縮短掃描時(shí)間，使系統(tǒng)快速確定全局最大功率點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)采用Boost和全橋電路作為拓?fù)?，以DSP為主控制芯片搭建了一套驗(yàn)證系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在雙峰和三峰情況下，與全局掃描法相比該算法節(jié)約了50%以上的時(shí)間。該算法推廣到更多峰的情況具有同樣的適用性。

光伏陣列；局部陰影；全局最大功率點(diǎn)跟蹤；擾動(dòng)觀察法

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China（61340051）；the Educational Department Project of Fujian Province（JK2014003；JA14038）；the Science and Technology Department Project of Fujian Province（2015H0021）

引言

在光伏發(fā)電中，由于太陽(yáng)能電池輸出功率受外界環(huán)境影響較大，為了獲得光伏陣列最大電能的輸出，需對(duì)其進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT（maximum power point tracking）［1］。光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率通常較大，而單塊太陽(yáng)能電池的功率通常為100 W或200 W，因此需要將多塊太陽(yáng)能組件串并聯(lián)組成光伏陣列進(jìn)行使用。對(duì)于光伏陣列，它在使用過(guò)程中容易受到塵土、建筑、樹木等造成的陰影影響，此時(shí)由于其單塊太陽(yáng)能組件并聯(lián)一個(gè)旁路續(xù)流二極管，會(huì)使光伏陣列對(duì)外呈現(xiàn)多峰特性［2］。此時(shí)，傳統(tǒng)的MPPT算法，如擾動(dòng)觀察法、導(dǎo)納增量法等針對(duì)光伏陣列正常輸出的算法將會(huì)失效，使光伏陣列的工作點(diǎn)處于一個(gè)局部的極值上，而不是全局最大功率點(diǎn)GMPP（global maximum power point）［3］。當(dāng)前針對(duì)多峰MPPT在實(shí)際應(yīng)用中主要有全局掃描法和改進(jìn)的全局掃描跟蹤法，它們都有用時(shí)較長(zhǎng)的缺點(diǎn)［4，5］。文獻(xiàn)［6-8］等提出的基于粒子群等智能算法的MPPT還處于研究和仿真階段，由于其需要大量的數(shù)據(jù)和運(yùn)算，難以在微控制器上實(shí)現(xiàn)；文獻(xiàn)［9-11］給出3種多峰跟蹤的實(shí)現(xiàn)方法，其找到全局最大功率并穩(wěn)定的時(shí)間分別為0.94 s、1.6 s和20 s。

本文提出一種工程適用的改進(jìn)型掃描算法，通過(guò)研究光伏陣列輸出特性及其局部最大功率點(diǎn)電壓分布規(guī)律，以此確定可能存在局部最大功率點(diǎn)的區(qū)域，然后對(duì)該區(qū)域使用擾動(dòng)觀察法的局部掃描，最后獲得所有的局部最大功率點(diǎn)后，選取最大值的點(diǎn)作為全局最大功率點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)采用TMS320F2812為主控制芯片，以Boost及全橋電路為主電路，設(shè)計(jì)了一套由6塊太陽(yáng)能電池板串聯(lián)的單串600 W光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。

1　光伏陣列的多峰特性

1.1光伏陣列輸出物理特性

文獻(xiàn)［1-13］均指出光伏陣列在局部陰影情況下的多峰特性，其主要是因?yàn)楫?dāng)某塊太陽(yáng)能電池被遮擋時(shí)，由于所接受到的光照下降，從而導(dǎo)致被遮擋的太陽(yáng)能電池的I-V特性曲線上的短路電流下降，同時(shí)其開路電壓也會(huì)相應(yīng)下降，該塊太陽(yáng)能電池輸出功率將與其他太陽(yáng)能電池不匹配，導(dǎo)致光伏陣列的輸出特性發(fā)生改變形成多峰特性。

本文主要是針對(duì)一串6個(gè)太陽(yáng)能電池板的光伏陣列進(jìn)行分析，一串6個(gè)太陽(yáng)能電池板最多可能出現(xiàn)6個(gè)峰值點(diǎn)，即當(dāng)6塊太陽(yáng)能電池所受到的光照強(qiáng)度均不一樣時(shí)，其該光伏陣列的輸出特性如圖1所示。光伏陣列多峰特性的形成通常以其I-V特性來(lái)分析，如圖1虛線部分為光伏陣列的I-V特性曲線，實(shí)線部分為光伏陣列的P-V特性曲線。當(dāng)光伏陣列的輸出電壓從0開始增加時(shí)，光伏陣列的輸出端近似短路，此時(shí)光伏陣列會(huì)以最大電流輸出，其輸出最大電流為所受光照強(qiáng)度最大的那塊太陽(yáng)能電池板A的短路電流。其他太陽(yáng)能電池板由于受光照強(qiáng)度的限制，沒(méi)法通過(guò)那么大的電流，因此該電流主要通過(guò)并聯(lián)二極管流過(guò)，則此時(shí)光伏陣列的輸出電壓、輸出電流近似為太陽(yáng)能電池板A的輸出電壓、輸出電流。隨著輸出電壓的提高，輸出電流也慢慢下降，太陽(yáng)能電池板A可能達(dá)到輸出最大功率點(diǎn)，這就是光伏陣列的第1個(gè)局部最大功率點(diǎn)。但是隨著電壓繼續(xù)上升，輸出電流持續(xù)下降，達(dá)到太陽(yáng)能電池板B的最大輸出電流，此時(shí)電流不再?gòu)奶?yáng)能電池板B兩端并聯(lián)的二極管流過(guò)，而是通過(guò)太陽(yáng)能電池板B流過(guò)。隨著電壓的繼續(xù)上升，光伏陣列的電壓主要由太陽(yáng)能電池板A和B提供，在太陽(yáng)能電池板B到達(dá)其最大功率輸出點(diǎn)之前，其輸出電流將以近似恒流源輸出，從而形成第1個(gè)膝點(diǎn)。之后，隨著光伏陣列輸出電壓的提高，以同樣的規(guī)律形成第2、3、4、5、6個(gè)膝點(diǎn)，其中第6個(gè)膝點(diǎn)即為光伏陣列開路時(shí)的輸出狀態(tài)。根據(jù)對(duì)光伏陣列的輸出特性曲線進(jìn)行分析，能夠清晰地看到，當(dāng)膝點(diǎn)在MPP點(diǎn)在IU曲線對(duì)應(yīng)點(diǎn)之后，每個(gè)階梯的末端都可能存在一個(gè)對(duì)應(yīng)的局部最大功率點(diǎn)，且局部最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)在階梯的尾部。

圖1　陰影條件下光伏陣列輸出特性曲線Fig.1 Photovoltaic array output characteristic curves under partial shadow

1.2光伏陣列峰值分布規(guī)律及其仿真驗(yàn)證

采用文獻(xiàn)［14］的方法，基于漳州國(guó)綠太陽(yáng)能科技有限公司晶體硅太陽(yáng)能電池組件GL-100搭建MATLAB/simulink一串6個(gè)的仿真模型，其4參數(shù)分別為Voc=21.5 V，Isc=6 A，Vmpp=17.5 V，Impp=5.7 A。使用受控電壓源作為負(fù)載，通過(guò)電壓掃描的方式尋找最大功率點(diǎn)。

仿真模擬各種可能出現(xiàn)的局部陰影類型［10］，通過(guò)將單塊太陽(yáng)能電池板的光照強(qiáng)度乘以一個(gè)陰影系數(shù)，實(shí)現(xiàn)單塊太陽(yáng)能電池板出現(xiàn)陰影及多塊太陽(yáng)能電池板出現(xiàn)不同程度的陰影，因此會(huì)出現(xiàn)雙峰、3峰、4峰、5峰和6峰5種情況，然后分別采集了每個(gè)峰值點(diǎn)的對(duì)應(yīng)電壓，對(duì)在光照條件100～1 000 W/m2、間隔為20 W/m2，溫度為-10～80℃、間隔為2℃總共20 250個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

光伏陣列在不同的局部陰影下，其最大功率點(diǎn)電壓將呈現(xiàn)不同分布，6×1光伏陣列在各種局部陰影條件下最大功率點(diǎn)數(shù)量相對(duì)于最大功率點(diǎn)電壓的柱狀分布統(tǒng)計(jì)如圖2所示。光伏陣列電壓分布為0～120 V，被均分為500個(gè)區(qū)間。由圖2可以很清晰地看到，電壓會(huì)在局部分布會(huì)集中在一定的區(qū)域，但是聚集的規(guī)律性不強(qiáng)。

圖2　峰值電壓數(shù)量分布Fig.2 Quantitative distribution of peak voltage

為了使數(shù)據(jù)具有更好的聚集性，采用最后一個(gè)峰值電壓對(duì)所有的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，其數(shù)量分布如圖3所示。橫坐標(biāo)從0到1分為100個(gè)區(qū)間，可以發(fā)現(xiàn)其分布規(guī)律更為集中，峰值電壓數(shù)量出現(xiàn)6個(gè)突增點(diǎn)，突增點(diǎn)兩側(cè)峰值數(shù)量呈近似正態(tài)分布式向兩側(cè)遞減。橫坐標(biāo)0.13～0.15為MPP6，突增點(diǎn)E為0.14；橫坐標(biāo)0.3～0.32位MPP5，突增點(diǎn)D為0.31；橫坐標(biāo)0.48～0.52為MPP4，突增點(diǎn)C為0.5；橫坐標(biāo)0.67～0.73為MPP3，突增點(diǎn)B為0.7；橫坐標(biāo)0.85～0.93為MPP2，突增點(diǎn)A為0.89；當(dāng)橫坐標(biāo)為1.0時(shí)為MPP1，由于MPP1是歸一化的基準(zhǔn)值，所以在圖3中不做統(tǒng)計(jì)，因?yàn)榇嬖贛PP1的數(shù)量是所有的總和。

圖3　基于最后一個(gè)峰值歸一化的峰值電壓數(shù)量分布Fig.3 Quantitative distribution of normalize peak voltage based on last peak

2　算法設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證

2.1算法設(shè)計(jì)

根據(jù)上述對(duì)光伏陣列的輸出特性的分析和仿真，得到了峰值的分布規(guī)律，據(jù)此提出基于歸一化峰值概率分布的多峰MPPT算法。通過(guò)事先對(duì)光伏陣列的分析，確定其最大功率點(diǎn)存在的位置，只對(duì)這些位置進(jìn)行掃描，能夠大大減小掃描時(shí)間。

以光伏陣列發(fā)生遮擋出現(xiàn)6個(gè)峰值時(shí)的P-V特性曲線為例，說(shuō)明算法的跟蹤過(guò)程，算法示意見圖4。

圖4　算法跟蹤過(guò)程示意Fig.4 Sketch map of algorithm tracking process

其軟件流程如圖5所示。

步驟1進(jìn)行最后1個(gè)峰的尋找，即初始峰值點(diǎn)的搜索。

當(dāng)算法初始化后，初始位置為圖4中Start位置。采用常規(guī)的擾動(dòng)觀察法搜索離光伏陣列開路電壓點(diǎn)最近的峰值點(diǎn)，尋找到圖4中MPP1處，記錄此時(shí)的最大功率PMPP1和該點(diǎn)對(duì)應(yīng)電壓UMPP1。

步驟2搜索其余局部最大功率點(diǎn)。

圖5　軟件流程Fig.5 Flow chart of software

找到MPP1后，根據(jù)圖3，以峰值電壓數(shù)量突增點(diǎn)為電壓跳躍點(diǎn)（其中第1個(gè)跳躍點(diǎn)為A位于0.89 UMPP1處），再使用常規(guī)的擾動(dòng)觀察法搜索最近的最大功率點(diǎn)，尋找到MPP2，記錄最大功率PMPP2和該點(diǎn)對(duì)應(yīng)電壓UMPP2，并將FindFlag置1。同理，B為第2個(gè)跳躍點(diǎn)位于0.7 UMPP1，C為第3個(gè)跳躍點(diǎn)位于0.5 UMPP1，D為第4個(gè)跳躍點(diǎn)位于0.31 UMPP1，E為第5個(gè)跳躍點(diǎn)位于0.14 UMPP1。此時(shí)記錄MPP2～MPP6對(duì)應(yīng)的最大功率及其對(duì)應(yīng)的電壓，并將FindFlag置1。因?yàn)楣夥嚵胁灰欢ǔ霈F(xiàn)6個(gè)峰值，因此需要設(shè)定一個(gè)閾值，一些位置不存在時(shí)需要及時(shí)跳躍到下一個(gè)峰值范圍進(jìn)行最大功率點(diǎn)查找。由圖3可見，MPP2的范圍最大，以其突變點(diǎn)與其變化范圍最大距離為閾值，即0.04 UMPP1。在實(shí)際使用，通常D點(diǎn)和E點(diǎn)附近的MPP點(diǎn)對(duì)應(yīng)電壓太低，因此通常設(shè)定了一個(gè)最小輸出電壓Umin，使輸出電壓不至于太低。

步驟3確定全局最大功率點(diǎn)。

比較所有記錄的最大功率點(diǎn)的功率，確定最大功率點(diǎn)位置，并將其對(duì)應(yīng)的電壓設(shè)為工作電壓，即令系統(tǒng)工作在全局最大功率點(diǎn)。

2.2算法仿真驗(yàn)證

Matlab仿真模型如圖6所示，其開路電壓為21.5×6 V，短路電流為6 A，在標(biāo)準(zhǔn)條件下輸出功率為600 W。采用Boost電路，用S-Function進(jìn)行算法控制，軟件控制流程見圖5。

在仿真過(guò)程中將最小輸出電壓Umin設(shè)置為20 V，因此將被忽略到E點(diǎn)附近的局部最大功率點(diǎn)。

圖6　仿真驗(yàn)證模型Fig.6 Simulation model

出現(xiàn)2個(gè)最大功率點(diǎn)時(shí)，采用全局掃描算法和本文算法的功率跟蹤對(duì)比曲線如圖7所示。圖（a）中，虛線為全局掃描算法，用時(shí)0.09 s；實(shí)線為本文算法，用時(shí)0.03 s，比全局掃描算法節(jié)約了66%時(shí)間。圖（b）中，實(shí)線為當(dāng)光伏陣列出現(xiàn)兩個(gè)最大功率點(diǎn)時(shí)的P-V特性曲線，Start點(diǎn)為算法起始點(diǎn)，虛線框?yàn)樵撍惴ǖ膾呙璺秶?。其跟蹤過(guò)程為首先尋找到第1個(gè)最大功率點(diǎn)MPP1，跳躍到可能存在最大功率點(diǎn)的A點(diǎn)，使用擾動(dòng)觀察法，在一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)查找不到最大功率點(diǎn)；跳躍到B點(diǎn)，使用擾動(dòng)觀察法尋找不到最大功率點(diǎn)；再跳躍到C點(diǎn)，能夠查到最大功率點(diǎn)MPP4；再跳躍到D點(diǎn)，也查找不到最大功率點(diǎn)。將查找到的2個(gè)最大功率點(diǎn)的功率做比較，輸出使輸出最大功率的對(duì)應(yīng)電壓，即使其在MPP1點(diǎn)輸出。

5峰值時(shí)不同跟蹤算法跟蹤效果對(duì)比如圖8所示。

圖7　雙峰值時(shí)不同跟蹤算法跟蹤效果對(duì)比Fig.7 Comparison of different tracking algorithms between different tracking algorithms when two peaks

圖8　5峰值時(shí)不同跟蹤算法跟蹤效果對(duì)比Fig.8 Comparison of different tracking algorithms between different tracking algorithms when five peaks

與圖7（a）同理，圖8（a）使用本文算法會(huì)找到5個(gè)局部最大功率點(diǎn)，最后令其以MPP2輸出，用時(shí)為0.025 s；而采用全局掃描法用時(shí)0.11 s，節(jié)約時(shí)間77%。圖8（b）為本文算法在5峰局部最大功率點(diǎn)情況下的掃描范圍。

通過(guò)仿真驗(yàn)證，使用本文的跟蹤算法，可以很明顯節(jié)省了超過(guò)50%的時(shí)間，證明該算法具有加快局部最大功率跟蹤的效果。

3　實(shí)驗(yàn)

實(shí)際測(cè)試以6塊漳州國(guó)綠太陽(yáng)能科技有限公司晶體硅太陽(yáng)能電池組件GL-100構(gòu)成一串6個(gè)光伏陣列，采用Boost電路和全橋逆變電路為電路主結(jié)構(gòu)，用TMS320F2812為主控制器，完成了一套600 W的并網(wǎng)逆變器樣機(jī)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。

圖9　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖Fig.9 Block diagram of system hardware design

在實(shí)際測(cè)試中，多峰模擬是采用不同透光率的塑料薄膜遮擋的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，超過(guò)3峰的多峰情況較難以實(shí)現(xiàn)，而且實(shí)際多峰的產(chǎn)生通常都由建筑物遮擋產(chǎn)生，不可能存在小面積光伏陣列出現(xiàn)多種不一樣的光照強(qiáng)度。因此，僅對(duì)局部陰影產(chǎn)生雙峰和3峰的情況進(jìn)行測(cè)試。

研制的并網(wǎng)逆變器樣機(jī)如圖10所示。應(yīng)用本文算法進(jìn)行最大功率跟蹤，其中，擾動(dòng)觀察法采用CPU定時(shí)器0中斷，間隔5 ms運(yùn)行1次，其步長(zhǎng)為0.2%的占空比。實(shí)際使用中光伏陣列輸出電壓不能太低，設(shè)定光伏陣列最小輸出電壓Umin為50 V，因此掃描不到D點(diǎn)與E點(diǎn)附近的最大功率點(diǎn)。使用RIGOL公司DS5022ME型號(hào)的雙蹤示波器對(duì)光伏陣列實(shí)時(shí)功率進(jìn)行跟蹤，將通道1縮小10倍跟蹤光伏陣列輸出電壓，在光伏陣列輸出回路串一個(gè)0.1 Ω的水泥電阻使用通道二測(cè)量，得到的是縮小10倍的電流，并使用Math的乘法功能在示波器上顯示實(shí)時(shí)最大功率曲線。由于同時(shí)對(duì)電壓和電流縮小相同倍數(shù)，功率曲線不會(huì)變形，因此在示波器屏幕上顯示按比例縮小的圖像。

圖10　并網(wǎng)逆變器樣機(jī)Fig.10 Prototype of grid inverter

采用臺(tái)灣泰仕電子工業(yè)股份有限公司PROVA-1011型號(hào)的太陽(yáng)能系統(tǒng)分析儀，對(duì)局部陰影情況下的光伏陣列輸出P-V和I-V特性進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果及功率跟蹤曲線如圖11和圖12所示。

圖11　實(shí)際雙峰時(shí)光伏陣列的輸出特性曲線及功率跟蹤曲線Fig.11 The photovoltaic array output characteristic curves and power tracking curves when two peaks

圖12　實(shí)際3峰時(shí)光伏陣列的輸出特性曲線及功率跟蹤曲線Fig.12 Photovoltaic array output characteristic curves and power tracking curves when three peaks

圖11（b）為實(shí)際雙峰時(shí)的功率跟蹤曲線。根據(jù)設(shè)計(jì)的算法，硬件系統(tǒng)會(huì)從靠近開路點(diǎn)的電壓開始進(jìn)行最大功率跟蹤，首先找到的是第1個(gè)最大功率點(diǎn)MPP1其電壓為UMPP1=105.9 V，然后跳躍到可能存在最大功率點(diǎn)A的位置進(jìn)行查找，發(fā)現(xiàn)不存在最大功率點(diǎn)后跳躍到B點(diǎn)進(jìn)行查找，又發(fā)現(xiàn)不存在最大功率點(diǎn)后跳躍到C點(diǎn)進(jìn)行尋找最大功率點(diǎn)，最終尋找到MPP4，由于再下一個(gè)可能存在最大功率點(diǎn)D的電壓為0.31 UMPP1=32.829 V，其電壓小于50 V不再進(jìn)行查找，最后以最大功率運(yùn)行，總共對(duì)4個(gè)區(qū)域進(jìn)行最大功率跟蹤，總共需要用時(shí)1.05 s。

圖12（b）為實(shí)際三峰時(shí)的功率跟蹤曲線，根據(jù)設(shè)計(jì)的算法，硬件系統(tǒng)會(huì)從靠近開路點(diǎn)的電壓開始進(jìn)行最大功率跟蹤，首先找到的是第1個(gè)最大功率點(diǎn)MPP1其電壓約為UMPP1=113 V，然后跳躍到可能存在最大功率點(diǎn)A的位置進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的尋找，找到了第2個(gè)最大功率點(diǎn)MPP2，再跳躍到可能存在最大功率點(diǎn)B的位置后，向左尋找到第3個(gè)MPP3，其對(duì)應(yīng)電壓約為70 V。下個(gè)可能存在最大功率點(diǎn)C的位置0.5 UMPP1=61.5 V，它是向右進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，其對(duì)應(yīng)電壓與MPP3對(duì)應(yīng)電壓的差值8.5 V小于峰值最小電壓差值UMPP1/6=18.83 V，這個(gè)區(qū)間不會(huì)再有最大功率點(diǎn)，因不會(huì)對(duì)C附近進(jìn)行尋找。再下一個(gè)可能存在最大功率點(diǎn)D的電壓為0.31 UMPP1= 35.03 V，其電壓小于50 V也不再進(jìn)行查找，最后以最大功率運(yùn)行，因此在3峰條件下總共對(duì)3個(gè)區(qū)域進(jìn)行最大功率跟蹤，總共需要用時(shí)為0.7 s。

其中3峰掃描時(shí)間比雙峰的短的原因，是因?yàn)榉逯蹈?，使尋找的范圍更加小，使其不用?duì)圖11中的A、B位置閾值內(nèi)的全部范圍進(jìn)行查找，而只需要找到最大功率點(diǎn)就可進(jìn)入下一個(gè)區(qū)域（如圖12中的A、B位置），這與仿真的規(guī)律一致。若采用全局掃描法最大掃描范圍是占空比從0～88%，采用相同的時(shí)間間隔和步進(jìn)長(zhǎng)度進(jìn)行查找，最多需要用時(shí)2.2 s，分別節(jié)約52.3%和68.2%的時(shí)間。與文獻(xiàn)［9-11］進(jìn)行比較，3峰條件下本文算法跟蹤到全局最大功率點(diǎn)的時(shí)間比文獻(xiàn)［9-11］給出的時(shí)間更短。

因此根據(jù)仿真情況及雙峰和3峰的測(cè)試，可以推理出本文算法可以在局部陰影產(chǎn)生更多峰的情況適用，該算法能夠?qū)夥嚵羞M(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，且能夠準(zhǔn)確找到可能存在的最大功率點(diǎn)，并最后使系統(tǒng)以最大功率點(diǎn)輸出，并且與全局掃描法相比節(jié)約了超過(guò)50%時(shí)間，證明本文算法有一定的實(shí)用性。

4　結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)光伏陣列的輸出特性，通過(guò)對(duì)光伏陣列輸出物理特性進(jìn)行分析，研究光伏陣列在不同陰影條件下的多峰分布規(guī)律?；谠撘?guī)律對(duì)光伏陣列輸出多峰的位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)只這些位置進(jìn)行掃描，與全局掃描法相比節(jié)省了大量的掃描時(shí)間，能夠大大提高光伏陣列的太陽(yáng)能利用率，并且與智能算法相比其對(duì)控制器的要求不高，僅需要在進(jìn)行算法設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)光伏陣列進(jìn)行分析。由于光伏陣列的輸出特性具有相似性，在光伏陣列規(guī)模擴(kuò)大時(shí)用該算法的逆變器也能夠適用，因此該算法在工程上有較好的實(shí)用性。

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MPPT Algorithm and Realization for Photovoltaic Array under Partial Shadow

SHAO Weiming，CHENG Shuying，LIN Peijie，LI Yandong
（Institute of Micro-Nano Devices and Solar Cells，School of Physics and Information Engineering，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350108，China）

In view of the defects of the traditional global scanning maximum power point tracking（MPPT）algorithm，the partial shadow photovoltaic array output characteristics are analyzed to obtain the rule of the normalized voltage of maximum power point（MPP）. Using this rule combines the perturbation and observation method（P&O），an improved global scanning MPPT algorithm is put forward. First，it determines the possible areas of all MPP，scans these areas by P&O，and it can obtain all the partial maximum power points to find the global MPP by comparing them. As a result，it can greatly shorten the scan time，and make the system quickly find out the global MPPT. Experiments use the Boost and the whole bridge circuit as topology and set up a verification system by DSP. Data show that the algorithm can save more than 50%of the time compared with the global scanning method in the condition of two peaks and three peaks. This algorithm has the same applicability in the case of more peaks.

photovoltaic array；partial shading；global maximum power point tracking（MPPT）algorithm；perturbation and observation（P&O）method

2015-07-27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61340051）；福建省教育廳省屬高?？蒲袑ｍ?xiàng)項(xiàng)目（JK2014003）；福建省教育廳產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目（JA14038）；福建省科技廳工業(yè)引導(dǎo)性重點(diǎn)項(xiàng)目（2015 H0021）

邵偉明（1990-），男，碩士研究生，研究方向∶光伏并網(wǎng)逆變器及其故障診斷，E-ma il：281416586@qq.com。

程樹英（1966-），女，通信作者，博士，教授，研究方向：光伏材料與器件、光伏發(fā)電系統(tǒng)、光伏故障診斷，E-mail：sycheng@fz u.edu.cn。

林培杰（1982-），男，通信作者，博士生，講師，研究方向：光伏發(fā)電、光伏陣列故障診斷，E-mail：linpeijie@fzu.edu.cn。

李炎東（1990-），男，碩士研究生，研究方向：光伏發(fā)電與嵌入式系統(tǒng)，E-mail：6398 27127@qq.com。