光伏发电系统最大功率点跟踪的研究

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1、光伏发电系统最大功率点跟踪的研究（山丙省化工设计院山丙030024）摘要:在给定的光照和温度，太阳能光伏发电系统存在唯一的最大功率点。木文采用基于扰动观察法的电导增量法，实现了光伏发电系统的MPPT控制，仿真结果表明该方法计算效率更高，波动量小，可以更好的提高太阳能电池的利用率。关键词：光伏发电；最大功率点跟踪；扰动观察法；电导增量法0引言光伏发电将太阳能直接转换成电能，具有诸多优点，其应用越来越广。由于光伏阵列输出电压、电流受外界光照强度、环境温度等因素影响，呈非线性特征，因此如何调整系统，使系统尽可能地实时输出最大功率，即为最大功率点跟踪（MPPT）

2、技术，在光伏系统尤为重要［1］。MPPT技术己成为研究热点，其控制方法多种多样，控制效果不尽相同，实现过程也大有区别，其中扰动观察法和电导增量法是目前研究最多同时也是最为常用的最大功率点跟踪方法。扰动观察法［2］计算量小，最大功率追踪速度快，只检测光伏电池输出电流和电压两个参数，对传感器的精度要求不高，但系统运行在最大功率点附近会产生震荡，环境变化太快时功率损失较大。电导增量法［3】需要进行复杂的求导运算，追踪的速度较慢，但是该方法在最大功率点处功率震荡远小于扰动观察法。木文提出基于扰动观察法和电导增量法的综合算法，跟踪起始阶段采用扰动观察法，加快跟踪速

3、度，当接近最大功率点发生震荡时，改换用电导增量法,减小功率震荡。采用MATLAB对主系统电路及控制系统进行整体仿真，验证了此方法的可行性。1光伏电池的特性光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制成的，所谓光伏效应是指半导体材料吸收光能，由光子激发出的电子一空穴对经过分离而产生电动势的现象。光伏电池组件的I-V特性随日照强度S()和电池温度t(。C)变化而变化，即l=f(V,S,t)o光伏电池的输出特性方程为：(1)式中，I为光伏电池的工作电流，V为光伏电池的工作电压，Iph为光电流，los为反向饱和电流，Rsh为串联电阻，Rs为并联电阻，A为二极管参数，K为

4、波尔兹曼常数，q为电子电荷量，T为光伏电池温度。光伏电池的I-V特性是指在某一确定的日照强度和温度下，光伏电池的输出电压和输出电流之间的关系，其关系如图1。光伏电池输出功率除受材料工艺影响外，重要的因素为光照强度和光伏电池的温度。因此，要使光伏电池尽可能地工作在最大功率点，就需要加入光伏电池最大功率跟踪(MPPT),MPPT技术实施最重要的就是寻找合适的MPPT算法。图1光伏电池的特性曲线2MPPT算法的实现光伏电池的输出特性比较复杂，表现为非线性，输出功率除了受光照强度和温度影响以外，还和所接负载有关，在同一环境条件下，功率输出也是变化的，所以需要找出

5、光伏电池电池的最大功率点，并使之运行在该点处，最大程度的利用太阳能。扰动观测法是目前实现MPPT的常用方法之一。扰动观察法的基本思想是:周期性的给系统的输出电压加扰动，再对光伏阵列的输出功率进行观测，并与扰动之前的功率相比较，若扰动之后的功率增加，则扰动方向不变，若扰动后功率值减小，则改变扰动方向。当给定光照和温度时，光伏阵列的最大功率处的电压Um和光伏阵列的开路电压Uoc之间存在着近似的线性关系，即，其中k取0.71~0.8。单采用扰动观察法在接近最大功率电压附近，输出将会产生震荡。MPPT常用的另外一种方法为电导增量法，该方法处采用小步长运算，可以减

6、小功率的震荡，但是计算过程涉及求导等运算，计算速度较慢。通常取k=0.86o光伏阵列的P-V特性曲线在最大功率点处有=0,即(1)当仿真接近最大功率点时，如果此吋环境快速变化，使得传感器获取的电压的变化值趋于0吋，公式(2)中的的分母dV为0,为避免这种情况的发生，将等式两边同吋乘以dV,得：(3)当外界环境快速变化，电压的变化值为0时(4)在外界环境快速变化的条件下，电导增量法也能正常的工作，不会发生错误。3光伏系统的仿真与分析图2是本文搭建的一种太阳能光伏发电系统，它是由太阳能光伏电池，DC-DC变换器，MPPT控制器以及负载构成。如图4,扰动观察法

7、在0.013s追踪到接近最大功率，但同时其在0.013s发生震荡，直至0.1s该震荡也未停止。如图8,采用电导增量法在1.5s才可以追踪到最大功率点，需要的时间较长，计算速度远小于扰动观察法，但其在1.5s追踪到最大功率后即保持稳定运行。本文在追踪起始阶段采用扰动观察法，在接近最人功率点时，采用电导增量法，得到的光伏电池输出的电压、电流、功率的仿真波形如图5所示。采用扰动观察法追踪最大功率点，需要0.03s，当接近最大功率点吋，采用电导增量法可以使光伏电池输出的电压和电流的变化较小，减小了功率损失。采用基于扰动观察法的电导增量法兼具了两者计算速度快和跟踪

8、稳定的优点，具有良好的跟踪效果。结论本文提出的一种新的MPPT算法一基于扰动观察