基于電導(dǎo)增量法的MPPT研究

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 杜 肖

基于電導(dǎo)增量法的MPPT研究

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 杜 肖

太陽(yáng)能組成的光伏陣列功率的輸出受環(huán)境因素不斷變化的影響，為了提高光伏電池的發(fā)電效率，需用最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking，簡(jiǎn)稱MPPT）法跟蹤光伏陣列。為降低環(huán)境因素的影響，考慮到電池的發(fā)電特性，在MPPT中引入一種電導(dǎo)增量法，并設(shè)計(jì)用TMS320F2812微處理器為核心的光伏發(fā)電的控制系統(tǒng)。

電導(dǎo)增量法；MPPT；光伏發(fā)電的；控制系統(tǒng)

1.引言

隨著科技社會(huì)的不斷進(jìn)步，能源與環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)峻，我們國(guó)家開(kāi)始重點(diǎn)開(kāi)發(fā)清潔的和可再生的能源。因?yàn)樘?yáng)能安全方便、豐富清潔，所以是廣泛發(fā)展和探索的一種再生能源。由于太陽(yáng)能電池發(fā)電效率受外界環(huán)境不斷變化的影響，所以如何跟蹤最大功率特別重要。目前應(yīng)用最多的最大功率跟蹤方法有恒電壓法、擾動(dòng)觀察法。其中，恒電壓法易于控制，穩(wěn)定可靠性好。但無(wú)法控制溫度的影響，所以經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。 擾動(dòng)觀察法也有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)，但由于光伏陣列在最大功率點(diǎn)的附近做振蕩運(yùn)行，存功率的損耗，不能精確的跟蹤步長(zhǎng)和速度，難免會(huì)有誤判現(xiàn)象。

本文主要目的是改變其陣列的工作點(diǎn)，增高工作效率，減少其受擾動(dòng)的影響，在所提方法的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到電導(dǎo)增量法，不僅可以提高工作效率，而且使系統(tǒng)更穩(wěn)定。

2.光伏電池原理

太陽(yáng)能的發(fā)電系統(tǒng)包括電池、蓄電池和控制器，光伏電池用半導(dǎo)體作為載體將太陽(yáng)能的輻射轉(zhuǎn)成電能；控制器主要控制系統(tǒng)的充電放電；多余的電量交給蓄電池，用來(lái)解決啟動(dòng)負(fù)載時(shí)的電流不足，還有因?yàn)榄h(huán)境影響使得負(fù)載不能在最佳工作點(diǎn)工作等問(wèn)題。

圖1 光伏電池等效電路

3.MPPT算法的實(shí)現(xiàn)

電導(dǎo)增量法是K.H.Hussein提出的，在發(fā)電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。使用這種算法能在一定程度上減少損失，使系統(tǒng)以最大功率穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還起到消除誤判的作用。

在外界的環(huán)境相同的條件下（比如相同的溫度和光照），光伏電池的p-u的特性曲線是一階單峰的曲線且連續(xù)可導(dǎo)，因此，只要求得極值點(diǎn)就能找到最大功率點(diǎn)，也就定義了電導(dǎo)增量法。

在曲線的功率最大點(diǎn)，即極值點(diǎn)的地方當(dāng)=0時(shí)，也就是功率對(duì)電壓求導(dǎo)，導(dǎo)數(shù)為零時(shí)，可得到最大功率。通過(guò)調(diào)節(jié)DC/DC變換器的變比來(lái)調(diào)節(jié)等效的阻抗值，來(lái)完成阻抗的匹配，達(dá)到最大功率輸出的目的。

以前的電導(dǎo)增量法是把跟蹤步長(zhǎng)d假設(shè)成一個(gè)不變值，跟蹤的速度正比于步長(zhǎng)的大小。步長(zhǎng)大時(shí)，跟蹤的速度也快，但是會(huì)有較大的震蕩，步長(zhǎng)小時(shí)，跟蹤的速度也慢，震蕩較小。因此我們對(duì)其改進(jìn)，用改變步長(zhǎng)的跟蹤的算法得到比較快的速度和比較小的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的震蕩。

設(shè)參數(shù)A=0.0001，仿真圖如圖2所示。

圖2 改進(jìn)電導(dǎo)增量法仿真模型

（1）在溫度T=25℃保持不變，光照強(qiáng)度從S=1000W/m2跳變?yōu)镾=800W/m2情況下的仿真結(jié)果如圖3、圖4所示。

（2）在光照強(qiáng)度S=1000W/m2保持不變，溫度從35℃跳變?yōu)?5℃情況下仿真圖如圖5、圖6所示。

圖3 固定溫度負(fù)載功率圖

圖4 固定溫度功率輸出圖

4.總結(jié)

圖5 固定光照負(fù)載功率圖

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，大概在0.3秒系統(tǒng)就能跟蹤到功率輸出的最大值點(diǎn)，雖然這種算法有比較大的計(jì)算量，追蹤的時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)，但可以較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在最大功率的點(diǎn)處，根據(jù)仿真圖我們可以看出波形比較平穩(wěn)幾乎沒(méi)有震蕩，所有損失的功率比較小。

本文參考關(guān)于光伏電池的一些數(shù)學(xué)公式，主要研究了環(huán)境的溫度和光照的強(qiáng)度對(duì)電池特性輸出的影響。TMS320F2812是一種控制器，邏輯性強(qiáng)、計(jì)算能力優(yōu)越，結(jié)合我們所提出的改進(jìn)的變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量，能夠更加準(zhǔn)確快速的跟蹤所需的最大功率。

圖6 固定光照功率輸出圖

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