安徽理工大學(xué) 潘惠琴

光伏電池的輸出特性與外界環(huán)境有關(guān)，為了能夠提高光伏電池的利用效率，需對(duì)光伏電池進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤。其中，擾動(dòng)觀察法的應(yīng)用較廣泛，提出了一種變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法，對(duì)傳統(tǒng)的擾動(dòng)觀察法進(jìn)行了改進(jìn)。

1 概述

隨著化石能源的枯竭以及環(huán)保問題越來越受到重視，各國(guó)開始投資光伏產(chǎn)業(yè)并制定相應(yīng)的政策以刺激光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展（曹龍漢,余佳玲,李景南,陳福光.基于MATLAB/Simulink的光伏電池仿真建模研究[J].半導(dǎo)體光電,2015,36(05):718-721）。然而，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，太能能轉(zhuǎn)換為電能，效率較低，因此應(yīng)著眼于解決光伏電池輸出效率的問題。

本文提出了一種改進(jìn)變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）方法，能快速、有效地減小在最大功率點(diǎn)（MPP）處的振蕩，使得光伏電池轉(zhuǎn)換電能的利用率能得到顯著的提高。

2 擾動(dòng)觀察法工作原理

2.1 光伏電池輸出特性

光伏電池的輸出特性受到溫度、光照強(qiáng)度等外界因素的影響，其輸出的PV特性曲線是非線性的（高金輝,邢倩,馬高峰.光伏電池新型仿真模型及MPPT控制器的研究[J].電測(cè)與儀表,2014,51(17):107-111）。圖1所示為光伏電池PV輸出特性曲線。

從光伏電池PV曲線的仿真結(jié)果可知，在不同的工作環(huán)境下，其輸出功率隨著輸出電壓的增大，先增大后減小，且此過程一直是動(dòng)態(tài)變化的，為了使光電轉(zhuǎn)換的效率提高，應(yīng)提高最大功率點(diǎn)追蹤的速度和準(zhǔn)確性。

圖1 光伏電池PV輸出特性

圖2 擾動(dòng)觀察法尋優(yōu)

圖3 MPPT控制流程圖

2.2 傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法（P&O）的工作原理

擾動(dòng)觀察法（郭明明,沈錦飛.基于改進(jìn)變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法光伏陣列MPPT研究[J].電力電子技術(shù),2011,45(7):14-16）工作原理簡(jiǎn)述為：每隔一段時(shí)間提高或減少光伏電池的輸出電壓并觀察其受到干擾后系統(tǒng)輸出功率變化的情況，再來判斷電壓的調(diào)整方向是否正確，進(jìn)而調(diào)整干擾的方向。擾動(dòng)觀察法的尋優(yōu)過程如圖2所示。

由圖2所示可知，傳統(tǒng)的定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法在尋優(yōu)時(shí)一般在最大功率點(diǎn)附近振蕩。若選取較大步長(zhǎng)，增加跟蹤速度，但使得振蕩幅度加大，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)性能降低；若選取較小步長(zhǎng)，改善了穩(wěn)態(tài)性能，但是造成跟蹤速度降低。因此對(duì)于擾動(dòng)步長(zhǎng)的設(shè)置是判斷系統(tǒng)跟蹤性能的關(guān)鍵。

圖4 光伏模塊輸出波形圖

2.3 變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法

本文提出的改進(jìn)變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法的措施，就是通過引進(jìn)一個(gè)變步長(zhǎng)因子，利用它來調(diào)節(jié)擾動(dòng)時(shí)的步長(zhǎng)。的大小與離最大功率的距離的遠(yuǎn)近有關(guān)，即距離最大功率點(diǎn)處越近，其值越小，保證了兩邊的收斂速度，即。變步長(zhǎng)因子的取值范圍為0～1，在爬坡過程中，值與輸出電壓大小成反比，即輸出電壓越大，值越小，值取決于功率差值或電壓差值，現(xiàn)以功率差為例，取值為函數(shù)值。本文所提出的改進(jìn)的變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法的控制流程如圖3所示。

由圖3所示可以看出，本文提出的變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法與傳統(tǒng)定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法的最大不同點(diǎn)：引入了一個(gè)變步長(zhǎng)因子。其中，通過的正負(fù)，能夠準(zhǔn)確判斷其擾動(dòng)方向。

3 仿真分析與結(jié)果

由圖4可知，在1s時(shí)，當(dāng)光照強(qiáng)度由800w/m2變?yōu)?000w/m2，光伏電池輸出的功率明顯升高。在1s時(shí)，當(dāng)外界溫度由15℃變?yōu)?5℃，光伏電池輸出的功率變化幅度較小。因此，光照強(qiáng)度對(duì)功率的影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溫度。

4 結(jié)論

本文針對(duì)光伏電池的MPPT控制，簡(jiǎn)明扼要的描述了傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法的局限性，并針對(duì)這一缺陷，提出了改進(jìn)措施，通過引入變步長(zhǎng)因子，保證了其收斂速度和穩(wěn)定性。并通過MATLAB仿真驗(yàn)證，所提出的改進(jìn)模型是正確的。