安徽理工大學電氣與信息工程學院 杜 肖

基于電導增量法的MPPT研究

安徽理工大學電氣與信息工程學院 杜 肖

太陽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，需用最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，簡稱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中引入一種電導增量法，并設(shè)計用TMS320F2812微處理器為核心的光伏發(fā)電的控制系統(tǒng)。

電導增量法；MPPT；光伏發(fā)電的；控制系統(tǒng)

1.引言

隨著科技社會的不斷進步，能源與環(huán)境問題嚴峻，我們國家開始重點開發(fā)清潔的和可再生的能源。因為太陽能安全方便、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、擾動觀察法。其中，恒電壓法易于控制，穩(wěn)定可靠性好。但無法控制溫度的影響，所以經(jīng)濟上沒有優(yōu)勢。 擾動觀察法也有簡單的結(jié)構(gòu)，容易實現(xiàn)，但由于光伏陣列在最大功率點的附近做振蕩運行，存功率的損耗，不能精確的跟蹤步長和速度，難免會有誤判現(xiàn)象。

本文主要目的是改變其陣列的工作點，增高工作效率，減少其受擾動的影響，在所提方法的基礎(chǔ)上改進得到電導增量法，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，光伏電池用半導體作為載體將太陽能的輻射轉(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，用來解決啟動負載時的電流不足，還有因為環(huán)境影響使得負載不能在最佳工作點工作等問題。

圖1 光伏電池等效電路

3.MPPT算法的實現(xiàn)

電導增量法是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)定運行，同時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，因此，只要求得極值點就能找到最大功率點，也就定義了電導增量法。

在曲線的功率最大點，即極值點的地方當=0時，也就是功率對電壓求導，導數(shù)為零時，可得到最大功率。通過調(diào)節(jié)DC/DC變換器的變比來調(diào)節(jié)等效的阻抗值，來完成阻抗的匹配，達到最大功率輸出的目的。

以前的電導增量法是把跟蹤步長d假設(shè)成一個不變值，跟蹤的速度正比于步長的大小。步長大時，跟蹤的速度也快，但是會有較大的震蕩，步長小時，跟蹤的速度也慢，震蕩較小。因此我們對其改進，用改變步長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 改進電導增量法仿真模型

（1）在溫度T=25℃保持不變，光照強度從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，雖然這種算法有比較大的計算量，追蹤的時間有點長，但可以較長時間穩(wěn)定在最大功率的點處，根據(jù)仿真圖我們可以看出波形比較平穩(wěn)幾乎沒有震蕩，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)學公式，主要研究了環(huán)境的溫度和光照的強度對電池特性輸出的影響。TMS320F2812是一種控制器，邏輯性強、計算能力優(yōu)越，結(jié)合我們所提出的改進的變步長電導增量，能夠更加準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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