一种变步长电导增量法的MPPT研究

摘 要：光伏电池的输出电流与电压呈非线性关系，当外界环境突变时，它的特性输出曲线也会发生改变，相应的最大功率点也会出现偏移。为了光伏电池可以长时间保持高效率转换，我们需利用最大功率点跟踪技术对它进行扫描追踪。本文采用一种改进的电导增量法，此方法可以提升系统追踪精度和速度，利用 MATLAB软件可以验证此方法的可取性。

关键词：光伏电池； 最大功率点；电导增量法；MATLAB

1 引言

光伏发电技术的核心在于光电转换，为了提高光电转化率，我们需要使光伏电池可以较长时间的稳定工作在最大功率点，因此对最大功率点的实时追踪显得尤为重要。

目前在实际生活中常用的MPPT算法有恒压追踪法、扰动观察法和电导增量法。恒压追踪法结构简单易操作，但它的误差较大。扰动观察法由于原理简单易实现，需要测量的参数较少，因此广泛应用于实际工程中。但是它存在一个震荡现象，这种震荡影响了该算法的精度，易出现误判。在实际应用中，电导增量法由于精度和速度的优越性被人们广泛使用[1]。但是，传统的电导增量法采用定步长的追踪方法，不能同时满足精度和追踪速度的要求，因此这里采用了一种改进过的电导增量法，它的步长设定值可根据系统需要来变化，以此能够更好的完成追踪目的。

2 光伏电池的原理

光伏電池是光伏发电技术的核心器件，它是一种基于光生伏特效应的半导体元件，可以把接收到的太阳能直接转化成光能。

其中： 为等效二极管的PN结反向饱和电流； 是PN结中一个电子所带的电荷；A为PN结的理想常数因子，一般为1～2之间； 是玻尔兹曼常数， t是光伏电池的表面温度[2]。

3 变步长电导增量法的实现

电导增量法以扰动法的思想为基础加以改进，提升了追踪的精度和速度，尤其是当外界环境突变时，利用对输出电压和功率变化的实时检测，实现了对最大功率点的平稳追踪，有效避免了扰动法的误判现象。

光伏电池的P-V特性曲线是单峰曲线且函数是连续可导的，在系统的最大功率点处函数取得最大值，即在此工作点函数的极值为0。因此，判别某一时刻工作点的极值大小，然后通过调节DC/DC的变比，即可对当前的输出电压进行调控，使此工作点越来越接近最大功率点，完成跟踪目的[3]。这就是电导增量法的定义。

传统的电导增量法采用定步长的追踪方法，不能同时满足精度和追踪速度的要求，因此这里采用了一种改进过的电导增量法，它的步长设定值根据系统的需要一直做出相应的改变，以此能够更好的完成追踪目的[4]- [5]。

如果 说明最大功率点在当前工作点的左边区域内，此时应升高输出电压值，使工作点尽快接近追踪点，然后对扰动步长设定为 ，当外界环境突变时可以减少对输出功率的影响。

设定步长值为 。变步长电导增量法的MPPT模型如图2所示，仿真时取a=0.001，k=2。

在本次仿真中，设置光伏电池模型的参数为： =9.28A， =45.8V， =8.77A， =37.1V，L=2mH，C=220?F，R=20 ， 系统启动0.2s后结束仿真。

（1）设置光伏系统的外界温度为恒温25 ，当t=0.1s时，设置光照强度模拟值从1000 突然降低到800 ，波形图如图4。

（2）设置光伏系统接收光照为恒定1000 ，当t=0.1s时，设置外界温度模拟值从40 突然降低到20 。波形图如图5。

4 总结

仿真结果证明，当外界环境突变时，本文提出的变步长电导增量法可以准确追踪至最大功率点，由图可看到，系统在初始阶段震荡较小，整个采样阶段较稳定，同时兼顾了光伏系统所需的精度和速度。而且变步长电导增量法的逻辑运算更为清晰，为后续的实验研究奠定了基础。

参考文献

[1]徐鹏威， 刘飞， 刘邦银，等. 几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进[J]. 电力电子技术， 2007， 41（5）：3-5.

[2] 姚传宇. 光伏发电系统MPPT控制策略的研究[D]. 东北农业大学， 2015.

[3] 杜肖. 基于电导增量法的MPPT研究[J]. 电子世界， 2017（19）：169-170.

[4] 彭志辉， 和军平， 马光， 等. 光伏发电系统MPPT输出功率采样周期的优化设计[J]. 中国电机工程学报， 2012，32（34）： 24-30.

[5]黄舒予，牟龙华，石林. 自适应变步长MPPT算法[J]. 电力系统及其自动化学报，2011，23（5）：26-30.

作者简介

刘星（1994-），河南南阳人，硕士研究生，研究方向电力系统及其自动化