一種變步長電導(dǎo)增量法的MPPT研究

摘 要：光伏電池的輸出電流與電壓呈非線性關(guān)系，當(dāng)外界環(huán)境突變時，它的特性輸出曲線也會發(fā)生改變，相應(yīng)的最大功率點也會出現(xiàn)偏移。為了光伏電池可以長時間保持高效率轉(zhuǎn)換，我們需利用最大功率點跟蹤技術(shù)對它進行掃描追蹤。本文采用一種改進的電導(dǎo)增量法，此方法可以提升系統(tǒng)追蹤精度和速度，利用 MATLAB軟件可以驗證此方法的可取性。

關(guān)鍵詞：光伏電池； 最大功率點；電導(dǎo)增量法；MATLAB

1 引言

光伏發(fā)電技術(shù)的核心在于光電轉(zhuǎn)換，為了提高光電轉(zhuǎn)化率，我們需要使光伏電池可以較長時間的穩(wěn)定工作在最大功率點，因此對最大功率點的實時追蹤顯得尤為重要。

目前在實際生活中常用的MPPT算法有恒壓追蹤法、擾動觀察法和電導(dǎo)增量法。恒壓追蹤法結(jié)構(gòu)簡單易操作，但它的誤差較大。擾動觀察法由于原理簡單易實現(xiàn)，需要測量的參數(shù)較少，因此廣泛應(yīng)用于實際工程中。但是它存在一個震蕩現(xiàn)象，這種震蕩影響了該算法的精度，易出現(xiàn)誤判。在實際應(yīng)用中，電導(dǎo)增量法由于精度和速度的優(yōu)越性被人們廣泛使用[1]。但是，傳統(tǒng)的電導(dǎo)增量法采用定步長的追蹤方法，不能同時滿足精度和追蹤速度的要求，因此這里采用了一種改進過的電導(dǎo)增量法，它的步長設(shè)定值可根據(jù)系統(tǒng)需要來變化，以此能夠更好的完成追蹤目的。

2 光伏電池的原理

光伏電池是光伏發(fā)電技術(shù)的核心器件，它是一種基于光生伏特效應(yīng)的半導(dǎo)體元件，可以把接收到的太陽能直接轉(zhuǎn)化成光能。

其中： 為等效二極管的PN結(jié)反向飽和電流； 是PN結(jié)中一個電子所帶的電荷；A為PN結(jié)的理想常數(shù)因子，一般為1～2之間； 是玻爾茲曼常數(shù)， t是光伏電池的表面溫度[2]。

3 變步長電導(dǎo)增量法的實現(xiàn)

電導(dǎo)增量法以擾動法的思想為基礎(chǔ)加以改進，提升了追蹤的精度和速度，尤其是當(dāng)外界環(huán)境突變時，利用對輸出電壓和功率變化的實時檢測，實現(xiàn)了對最大功率點的平穩(wěn)追蹤，有效避免了擾動法的誤判現(xiàn)象。

光伏電池的P-V特性曲線是單峰曲線且函數(shù)是連續(xù)可導(dǎo)的，在系統(tǒng)的最大功率點處函數(shù)取得最大值，即在此工作點函數(shù)的極值為0。因此，判別某一時刻工作點的極值大小，然后通過調(diào)節(jié)DC/DC的變比，即可對當(dāng)前的輸出電壓進行調(diào)控，使此工作點越來越接近最大功率點，完成跟蹤目的[3]。這就是電導(dǎo)增量法的定義。

傳統(tǒng)的電導(dǎo)增量法采用定步長的追蹤方法，不能同時滿足精度和追蹤速度的要求，因此這里采用了一種改進過的電導(dǎo)增量法，它的步長設(shè)定值根據(jù)系統(tǒng)的需要一直做出相應(yīng)的改變，以此能夠更好的完成追蹤目的[4]- [5]。

如果 說明最大功率點在當(dāng)前工作點的左邊區(qū)域內(nèi)，此時應(yīng)升高輸出電壓值，使工作點盡快接近追蹤點，然后對擾動步長設(shè)定為 ，當(dāng)外界環(huán)境突變時可以減少對輸出功率的影響。

設(shè)定步長值為 。變步長電導(dǎo)增量法的MPPT模型如圖2所示，仿真時取a=0.001，k=2。

在本次仿真中，設(shè)置光伏電池模型的參數(shù)為： =9.28A， =45.8V， =8.77A， =37.1V，L=2mH，C=220?F，R=20 ， 系統(tǒng)啟動0.2s后結(jié)束仿真。

（1）設(shè)置光伏系統(tǒng)的外界溫度為恒溫25 ，當(dāng)t=0.1s時，設(shè)置光照強度模擬值從1000 突然降低到800 ，波形圖如圖4。

（2）設(shè)置光伏系統(tǒng)接收光照為恒定1000 ，當(dāng)t=0.1s時，設(shè)置外界溫度模擬值從40 突然降低到20 。波形圖如圖5。

4 總結(jié)

仿真結(jié)果證明，當(dāng)外界環(huán)境突變時，本文提出的變步長電導(dǎo)增量法可以準(zhǔn)確追蹤至最大功率點，由圖可看到，系統(tǒng)在初始階段震蕩較小，整個采樣階段較穩(wěn)定，同時兼顧了光伏系統(tǒng)所需的精度和速度。而且變步長電導(dǎo)增量法的邏輯運算更為清晰，為后續(xù)的實驗研究奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]徐鵬威， 劉飛， 劉邦銀，等. 幾種光伏系統(tǒng)MPPT方法的分析比較及改進[J]. 電力電子技術(shù)， 2007， 41（5）：3-5.

[2] 姚傳宇. 光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制策略的研究[D]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2015.

[3] 杜肖. 基于電導(dǎo)增量法的MPPT研究[J]. 電子世界， 2017（19）：169-170.

[4] 彭志輝， 和軍平， 馬光， 等. 光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT輸出功率采樣周期的優(yōu)化設(shè)計[J]. 中國電機工程學(xué)報， 2012，32（34）： 24-30.

[5]黃舒予，牟龍華，石林. 自適應(yīng)變步長MPPT算法[J]. 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2011，23（5）：26-30.

作者簡介

劉星（1994-），河南南陽人，碩士研究生，研究方向電力系統(tǒng)及其自動化