許苗苗

（西安建筑科技大學(xué)，710043）

0 引言

在資源日益匱乏的今天，太陽能光伏發(fā)電作為可再生能源的重要組成部分越來越多的被各個(gè)領(lǐng)域所應(yīng)用。如何提高太陽能光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換效率便成了不容小覷的一個(gè)問題，最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking,MPPT）控制是決定光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵技術(shù)。最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法也已成為近些年人們研究的熱點(diǎn)。

1 任意光照強(qiáng)度和溫度下光伏電池輸出特性

光伏電池的種類較多，但目前應(yīng)用較多的是硅光伏電池，它屬于半導(dǎo)體光電材料，通過光生伏打效應(yīng)將太陽光輻射到硅電池上而產(chǎn)生電。依據(jù)電子學(xué)理論，可以將光伏電池的特性用一個(gè)等效電路來描述，如圖1所示：

圖1 光伏電池等效電路

以上述模型為基礎(chǔ)并引入補(bǔ)償系數(shù)，可得到任意光強(qiáng)下S和電池溫度T下的輸出特性曲線。

2 電導(dǎo)增量法的控制原理

電導(dǎo)增量控制法是對(duì)擾動(dòng)觀察控制法的改進(jìn)。從光伏電池輸出特性仿真結(jié)果可知，光伏電池的 P-V曲線是一個(gè)單峰值曲線，由極值原理可知，在最大功率點(diǎn)處必有dP/dV=0。其中，P是光伏電池的輸出功率，V為光伏電池輸出電壓。但在最大功率點(diǎn)處，推導(dǎo)出了電導(dǎo)I/V與電導(dǎo)變化量dI/dV之間的關(guān)系，將I/V+dI/dV的符號(hào)作為判斷光伏電池的工作狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，并以此進(jìn)行光伏電池的MPPT控制。

2.1 傳統(tǒng)固定步長電導(dǎo)增量法

傳統(tǒng)電導(dǎo)增量法的固定迭代步長通常決定著最大功率跟蹤過程中的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。電導(dǎo)增量法在步長和閾值的選擇上存在一定的困難，步長的大小將決定跟蹤速度。如果步長過小，則跟蹤時(shí)間較長，相應(yīng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)變差。步長較大時(shí)系統(tǒng)反應(yīng)較快，但是光伏系統(tǒng)有可能不是工作在真正的最大功率點(diǎn),并且會(huì)在最大功率點(diǎn)附近波動(dòng)，從而導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)品質(zhì)變差，從而加大了功率損耗。

2.2 新型改進(jìn)步長電導(dǎo)增量法

基于| (dP/dV)/p |參考曲線設(shè)計(jì)的新型變步長電導(dǎo)增量（INC）法，在傳統(tǒng)INC方法的基礎(chǔ)上，增加了步長判斷模塊，由系統(tǒng)采樣的V(k)和I(k)計(jì)算出|(dP/dV)/p |的數(shù)值并根據(jù)設(shè)定控制策略判斷并改變系統(tǒng)下一次的擾動(dòng)步長。為了使 MPPT 控制具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)控制效果，MPPT控制方法需要在離最大功率點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方采取較大跟蹤步長，在最大功率點(diǎn)附近采取較小跟蹤步長。

3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型

本設(shè)計(jì)采用Boost升壓式DC-DC變換電路實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率點(diǎn)跟蹤。仿真模型如圖2所示，圖中L=100μH，C=220μF，R=10Ω，C1=1100μF，這里采用變步長的 ode45tb 以獲得最佳的仿真速度，仿真時(shí)間設(shè)為 0.1s。

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)即T=25℃，S=1000W／m2，采用兩種不同控制方法所得光伏陣列的輸出功率波形如圖3所示。

圖2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型

圖3 不同電導(dǎo)增量法仿真結(jié)果圖

從兩圖的比較可以看出，本文采用的方法，其輸出電壓能在0.006 s內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且波動(dòng)比傳統(tǒng)固定步長INC方法小很多，而且超調(diào)量也比傳統(tǒng)固定步長INC方法小很多。

4 結(jié)論

本文針對(duì)傳統(tǒng)電導(dǎo)增量法的缺點(diǎn)，結(jié)合太陽能光伏電池輸出的曲線特性，提出了新型步長變化電導(dǎo)增量法，以Matlab／Simulink為平臺(tái)進(jìn)行仿真，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，表明該新型的控制算法保證光伏電池能快速、精確地跟蹤最大功率點(diǎn)，具有更優(yōu)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)特性。

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