本站小編為你精心準備了光伏發電系統最大功率跟蹤控制研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

光伏電池是光伏發電系統的核心部分，由于光伏電池受光照強度及溫度變化的影響很大，其輸出特性呈現高度非線性化，所以，當外界環境發生變化時，光伏電池的輸出功率也會隨之發生改變。為了有效提高光伏發電系統的效率，要求無論外界條件怎樣變化，光伏發電系統的輸出功率應始終保持最大值。為了解決這一問題，本文分析了光伏電池輸出特性及等效模型，提出最大功率點跟蹤（MaximumPowerPointTracking，MPPT）控制算法，并基于Matlab/Simulink的電導增量法建立MPPT仿真模型對其科學性、有效性加以驗證。

1光伏電池輸出特性及等效模型

光伏電池單體是實現光電轉換的最小單元，將光伏電池單體進行串聯、并聯后分裝就組成了光伏電池組件，把若干個光伏電池組件進行串聯、并聯后裝在支架上就形成了光伏電池陣列［1］。光伏陣列是光伏發電系統的關鍵部件，其輸出特性受外界環境影響很大，只有深入了解其輸出特性，才能為研究光伏發電系統的MPPT技術奠定基礎。

1.1光伏電池輸出特性光伏電池受外界環境如光照強度、溫度的影響很大，其輸出特性具有高度非線性。分別是利用PVsyst軟件［2］仿真的光伏電池在不同光照及溫度條件下的輸出特性。從圖中可以看出，隨著光照的增強輸出功率增大，隨著溫度的升高輸出功率減小，但在某一特定光照及溫度下存在一個最大功率點。

1.2光伏電池等效模型光伏電池本身就是一個P-N結，其基本特性與二極管相似。當光伏電池受到陽光照射時，在PN結兩端便產生電動勢，即電壓。這時如果在P型層和N型層焊接上金屬導線，接通負載，則外電路便有電流通過，把這樣的光伏電池單體串聯、并聯起來，就能產生一定的電壓和電流，并輸出功率。光伏電池等效電路可由1個電流源并聯1個理想二極管及一系列電阻組成，如圖3所示。串聯電阻Rs包括電池柵極電阻、基體材料電阻和上下電基與基體材料的接觸電阻、擴散層橫向電阻。其中，擴散層橫向電阻是Rs的主要組成。

2MPPT控制算法

由圖1、圖2可以看出，光伏陣列的輸出特性受電池表面溫度和光照強度的影響很大，不同的光照及電池溫度都可導致輸出特性發生較大的變化，其輸出功率也發生相應的變化，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏陣列的輸出功率才能達到最大值。因此，在光伏發電系統中，要提高系統的整體效率，一個重要的途徑就是實時調整光伏陣列的工作點，使之始終工作在最大功率點附近［4］。在MPPT系統中，確定優良的算法是關鍵，本文采用電導增量算法。電導增量法是根據光伏陣列P-U曲線一階連續可導單峰曲線的特點，利用一階導數求極值的方法，即對P=UI求全導數。從光伏電池的P-U曲線可以看出，在某一特定光照及溫度下存在唯一最大功率點，且在該最大功率點處，功率對電壓的導數為零，即dP/dU=0。其中，U（k）、（Ik）分別為光伏電池當前電壓和電流，U（k-1）、（Ik-1）為前一周期的采樣值。為了使光伏電池輸出發生任何變化時，算法能夠涵蓋所有可能出現的狀況，需要用U（k-1）、I（k-1）的值進行判斷。如果U（k）-U（k-1）=0，則相比于前一周期，該時刻的電壓是恒定的，輸出沒有發生變化。在這種情況下，需要對輸出電流做進一步判斷，如果（Ik）-（Ik-1）=0，則光伏電池的輸出也沒有發生改變，不需要調整BoostDC/DC（升壓）變換器的占空比；若（Ik）-I（k-1）<0，表明工作點是向最大功率點方向靠近，需要對BoostDC/DC變換器的占空比加一個正的調節量△U，使輸出達到最大功率點；若I（k）-I（k-1）>0，需對BoostDC/DC變換器的占空比加一個負的調節量-ΔU，使輸出朝向最大功率點靠近。

3MPPT控制仿真研究

3.1帶有MPPT功能的光伏發電系統基本組成由于光伏電池的電氣特性受光照、溫度的影響很大，當環境條件穩定時，存在唯一的最大功率點；當環境條件發生變化時，即使負載保持不變，最大功率點仍將發生漂移。為了使負載在任何環境條件下都能獲得最大功率，本文在光伏陣列與負載之間加入MPPT控制裝置，帶有MPPT功能的光伏系統如圖5所示。該系統主要由光伏電池陣列、MPPT控制裝置、BoostDC/DC變換器組成，通過脈沖寬度調制模塊（PulseWidthModulation，PWM）控制，調整BoostDC/DC變換器的占空比來實現MPPT［7］。

3.2MPPT控制仿真研究

3.2.1帶MPPT的系統仿真模型根據帶有MPPT功能的光伏發電系統建立matlab/simulink仿真模型如圖6所示。仿真模型主要由光伏電池陣列模型、MPPT、PWM、BoostDC/DC變換器以及負載等組成。圖6中，Subsystem是光伏電池陣列模型，L為儲能電感，Diode為快恢復二極管，C1為濾波電容，R為負載，IGBT為絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）。Subsystem內部封裝的參數有電壓、電流溫度系數、串聯電阻、參考溫度（25℃）、參考太陽輻射（1000W/m2）、最大功率點電壓、最大功率點電流、開路電壓、短路電流。輸入參數有光照S、溫度T、光伏電池工作電壓U，輸出參數有光伏電池工作電流I、輸出功率P。其中，輸入端可以輸入任意光照和溫度，輸出端P即顯示MPPT輸出。PWM的輸入信號為帶有MPPT功能的光伏模塊的輸出電壓，即最大功率點對應的電壓值，將該電壓作為指令信號，與光伏模塊的實際輸出電壓共同作用在BoostDC/DC變換器的IGBT上，通過改變IGBT的占空比，從而使光伏模塊的實際輸出電壓很好地跟蹤指令信號，即最大功率點對應的電壓值。BoostDC/DC變換器利用儲能電感儲存的能量和電源一起向負載供電，達到升壓的目的。選擇HAMC制造的太陽能電池板進行仿真實驗，其技術指標為：Um=16.5V，Im=0.73A，Uov=22.50V，Isc=0.97A，Pm=12W。仿真時采用的步長為0.01，系統采樣時間為0.5μs。圖7是電池溫度不變，光照強度t=0.05s時，突然由1kW/m2增加到1.5kW/m2時的仿真結果，圖8是光照強度不變，電池溫度t=0.05s時，突然由25℃變為60℃時的仿真結果。

3.2.2仿真結果分析從圖7仿真結果可以看出，當電池溫度不變，光照由1kW/m2增加到1.5kW/m2，在t=0.05s時，光伏陣列輸出功率也隨之由12kW增加到15kW，增加幅度為+3kW，光伏陣列輸出功率曲線會發生較小的突變，但是在新的功率點能快速趨于平穩，使光伏陣列工作在最大功率點。從圖8仿真結果可以看出，當光照強度不變，電池溫度由25℃變為60℃，在t=0.05s時，光伏陣列輸出功率也隨之由12kW降低到10kW，降低幅度為-2kW，經過較小的突變后，系統也能及時地跟蹤到最大功率點，使光伏陣列輸出功率達到最大值。從圖1、圖2中得出，光伏電池在某一特定光照及溫度條件下，存在一個最大功率點，并且在最大功率點以后，光伏電池輸出功率急劇下降，最后下降為0。本文在光伏陣列與負載之間加入基于電導增量法的MPPT控制裝置以后，從圖7、圖8的仿真結果可以看出，在光照、溫度其中任何一個環境條件發生變化時，系統都能夠實時地跟蹤其變化，能使系統始終工作在最大功率點的范圍內，穩定性高，從而有效提高了太陽能的轉換效率。

4實用化應用探討

在實際光伏發電系統中，在輸出參數實時變化的光伏陣列與負載之間接入MPPT控制裝置時，需要進一步做以下工作：（1）采用單片機或數字信號處理器（DigitalSignalProcessors，DSP）實現對電導增量算法的編程，并進行MPPT控制系統的軟、硬件設計。通過檢測光伏陣列的輸出電壓、輸出電流變化，利用軟件的精確算法來控制BoostDC/DC變換器的占空比，實現MPPT。（2）從光伏發電系統的整體出發，綜合考慮安全性、實用性、經濟性等方面的要求，設計MPPT控制系統的輸入、輸出接口電路，對其可靠性、穩定性做并網測試。（3）綜合考慮光伏陣列的光電轉化效率、溫度范圍、電氣參數（輸出功率、峰值電壓、峰值電流、短路電流、開路電壓、系統電壓）等技術參數，對光伏電池充放電策略及充放電控制器做進一步研究。

5結論

（1）本文提出的基于電導增量法MPPT控制方法，通過PWM控制實現，能使光伏發電系統在任何環境條件以及負載變化情況下快速實現MPPT，且穩態精度高。（2）本文采用PVsyst軟件對光伏電池的輸出特性進行仿真研究，其方法為相關行業掌握光伏電池的輸出特性提供了新的途徑；建立基于電導增量法的MPPT控制模型，為解決實際光伏系統最大功率點漂移問題提供了理論依據。（3）下一步研究需要利用單片機或DSP進行MPPT控制系統的軟、硬件及接口電路設計，并對其可靠性、穩定性做并網測試，以實現光伏發電系統MPPT的實用化。

作者：韓世軍 朱菊 毛吉貴 強榮 秦力 韓大俠 單位：國網寧夏電力公司吳忠供電公司 神華寧煤集團烯烴公司