一种改进的光伏发电MPPT控制策略.pdf

精密制造与自动化 2016年第4期 29 一种改进的光伏发电 MPPT 控制策略 陈仁辉1 陈 楠1（长春工业大学 电气与电子工程学院 长春 130012）摘 要 针对光伏发电系统最大功率点跟踪技术，分析基本扰动观察法MPPT的实现原理，并且根据它的优缺点，提出一种新型的变步长 MPPT 控制算法。该方法结合增量电导知识，根据 P-U 曲线，判断 P(U)在扰动过程中是否由正（负）到负（正）变化，从而判断反馈参考电压穿越最大功率点电压，在穿越最大功率点电压之前，采用适当大的定步长进行跟踪，当判断穿越最大功率点电压后，则使步长在最大功率点处按一定的比例系数进行自动调节，实现变步长跟踪。算法中增加反馈参考电压限幅功能，避免反馈跟踪电压崩溃而导致跟踪失败的危险。利用 PSIM 环境，建立仿真模型，结果表明，新型的控制算法跟踪速率快，跟踪过程中消弱功率振荡，跟踪效率高，且方法简单易于实现。关键词 光伏发电 变步长 MPPT 崩溃 功率振荡 太阳能光伏电池属于可再生清洁能源，在光伏电池一定的转化效率下，如何使光伏电池得到充分利用，实现光伏电池最大功率点跟踪（MPPT），一直是光伏发电系统的一个重要研究课题1-4。传统的MPPT 控制方法主要有恒定电压法、扰动观察法、增量电导法、数值计算法以及智能算法5-8。无论哪一种控制方法，都存在一定的优缺点，通常需要根据实际情况选择合适的控制方法。扰动观察法是一种简便实用的方法，得到了广泛的应用。扰动观察法的控制原理是在跟踪的开始，设定一个光伏工作的参考电压，同时设定一个扰动步长和扰动方向，使电压按照参考电压进行变化输出，通过对扰动前后时刻的电压、电流检测，从而计算得到输出功率，判断扰动前后的功率变化，如果功率增大，则继续以相同步长、相同方向进行扰动，反之则反向扰动，通过不断的扰动调节，实现对最大功率点进行跟踪。这种控制方法相对简单，但是这种控制方法存在着跟踪速度和精度不能兼得的缺点9。当采用较小的步长，可以提高一定的精度，但要花较长的时间，在最大功率点处也存在振荡。如果选择扰动步长较大时，可以较快的实现对最大功率点跟踪，但是在最大功率点附近，参考电压仍会以定步长来回振荡，从而导致跟踪精度和效率低，如果外界条件发生剧烈变化时，很可能出现反馈参考电压崩溃，从而导致跟踪失败的危险。本文提出了新型变步长控制方法，在不同的光照和温度条件下，通过扰动电压的方式，对光伏电池最大功率点电压进行判断，对控制光伏工作电压最大功率点所对应的反馈参考电压进行跟踪，根据PU正负的变化，判断反馈参考电压是否穿越最大功率点电压，使输出电压步长按照：Uk=12Uk1,或Uk=2Uk1 进行自动调节，同时增加了对反馈参考电压的限幅功能，从而避免跟踪过程中可能出现的参考电压崩溃现象。提出的新型控制方法，有效地降低输出功率在最大功率点的振荡现象，提高了系统对光伏组件的利用效率，同时具有较高的跟踪速率。1 1 最大功率点受外界因素的影响最大功率点受外界因素的影响 通过光伏电池的数学模型可知，光伏电池的输出特性和光伏电池工作的外界条件有关，包括光照强度、温度、湿度等10，负载的变化也会引起光伏电池输出特性的变化。光照强度和温度对光伏电池的输出特性影响很大，如图 1 所示。通过光输出特性曲线可知，在一定的光照和温度条件下，光伏电池工作存在着一个最大功率输出点，在该点左侧，最大输出功率随电压的增大而增大，在该点的右侧，最大输出功率随电压的增大而减小，因此对光伏电池的输出功率而言，存在着一个最大输出功率时的工作电压，可以在不同的光照和温度条件下，使输出电压跟踪光伏电池最大功率万方数据 精密制造与自动化 2016年第4期 30 10203040506060606050100200250300350400PPM0VU/wP/00t1t2t3t4t5t61U121Ut1t2t3t4t5t6MPPU(a)(b)141U121UMPPU1U1U1U0000t/sU/VU/Vt/s输出时所对应的反馈参考电压，从而实现光伏电池的最大功率点跟踪。图图 1 光伏阵列输出特性光伏阵列输出特性 2 2 新型变步长控制方法的实现新型变步长控制方法的实现 2.1 2.1 电压扰动方向的确定电压扰动方向的确定 由光伏电池工作特性曲线可知，最大功率点处的光伏电池输出功率 Ppv与输出电压 Upv满足条件 PU=dPpvdUpv=dUpvIpvdUpv=Ipv+UpvdIpvdUpv=0 由此可得 IpvUpv+dIpvdUpv=G+dG=0 式中，G为输出特性曲线的电导；dG为电导G的增量。由于增量dUpv和dIpv可以分别用Upv和Ipv来近似代替，可得：G+dG IpvUpv+Ipvk Ipvk1Upvk Upvk1 可得到系统运行电压与最大功率点电压的判据如下：（1