基于插值法在光伏并网发电中的MPPT控制

摘 要：在实际的光伏并网发电系统中所采用的 MPPT控制策略为扰动法与电导增量法，但两者均有不足的地方，无法准确跟踪最大功率点。 基于此原因，本文提出了基于插值法的MPPT控制。此法可以弥补目前常用的两种方法的缺点，并且可以提升系统的稳定性。通过仿真结果，也显示出此方法在对最大功率点的控制方面起到了良好效果，实用意义较大。

关键词：扰动法；电导增量法；MPPT；插值法

我国作为标志性的能源消耗大国，虽然能源丰富，但随着经济技术的腾飞同时也伴随着巨大的能源消耗。尤其是不可再生资源如煤炭、石油等资源的过度开采使之面临枯竭的情况，同时也造成了严重的环境污染。 太阳能发电可以大大减少火力发电对煤炭的消耗，目前对所使用的方式有两种：独立式与并网式，[1]本文中主要探讨的是光伏并网。

怎样可以将太阳能进行最大效率开采，且能够使得整个系统可以稳定运行，这个问题一直困扰着技术人员，也是一直在探索想要解决的。找寻并跟踪MPPT也就是最大功率点是目前在单级光伏并网发电中所面临的技术瓶颈，尽管目前出现了多种跟踪方式但是都具有各自的局限性，本文在滑模的基础上提出了一种新型的寻找最大功率的点的方式即基于插值法在光伏并网发电中的MPPT控制。

1 光伏电池原理

简单来说，将光能转换成电能就是光伏发电的原理，可看作一种转换能量的过程，而在这个过程中，其最重要的器件就是光伏电池，其工作原理就是光生伏特效应。

如图1所示，理想状态下得到的光伏电池等效电路：

根据图1得：

2 光伏阵列的P-V特性分析

在保持光照以及其他环境因素不变的状态下，通过光伏阵列的P-V输出特性曲线可以得到其是一个以最大功率点为极大值的单峰值函数，其中最大功率为：dP/dV=0 。

在保持温度等其他环境因素不变的状态下，光照强度发生变化，光伏阵列的最大功率会随之而改变，只有在保持不变的光照情况时，才能够有唯一的最大功率点，并且最大功率在P-V特性曲线斜率为零的点。不论光照强度如何，在电压增大的情况下，最大功率点左侧的功率随之而增大，但右侧的功率会随之减小。

在保持光照以及其他环境因素不变的情况下，温度发生变化时，光伏阵列的最大功率会随之而改变，只有在保持温度不变情况时，才能够有唯一的最大功率点。在温度升高的情况下，最大功率点会随之而减小。

3 最大功率点追踪控制策略

目前，常用的方法是扰动法和电导增量法，但这两种方法均存在诸多缺点，本文中采用的方法是数值分析，尤其当面临着外部条件变化较大的状况时，通过数值分析中的插值法将采样点数据进行分析，以此计算分析最大功率点可以十分逼近真值。

插值的思想[4][5]：用拉格朗日插值算法将多个采样得来的工作点进行拟合一条P-D曲线，并将所得到的拟合曲线的值与实际情况下的功率值进行对比，在其两个功率值满足某一条件时，最大功率点输出就可以看作此时的工作点。

采用拉格朗日插值函数，dmin，dint，dmax代表着其中的三个采样点的导通占空比，各自对应的输出功率为Pmin，Pint，Pmax

根据拉格朗日插值的基函数，可以推出拉格朗日插值函数，再加上拟合输出功率曲线，最大输出功率对应的占空比为可以表示为：

插值法MPPT算法流程：

在式3-2中，与相差可以忽略时，此时可以作为实际测试的功率值的最大功率值。如果不满足相差足够小这个条件，则放弃最小功率值点，进而重新选择新功率点进行插值计算。

4 仿真与实验结果

采用插值法对光伏并网发电MPPT测试，即时地追踪输出功率的变化规律，插值法仿真结果如下图所示：

根据仿真可知：在MPPT仿真测试中，采用插值算法，因为在控制系统中可以实现对光照强度阶跃变化的准确检测，并快速地修改减小了逆变输出功率参考值，在此仿真种表现了此系统算法拥有相对较好的稳定性。

5 结论

本文是在分析了传统MPPT控制策略的优缺点的情况下，采用了一种新控制策略并且进行仿真。通过仿真结果可以看出在该控制策略下光伏并网发电可以对功率最大点实时、高效、稳定的跟踪。即使外界的环境因素发生改变，也能够迅速并准确寻找到新的最大功率点，从而可以保证整个系统的工作状态可以处于稳定的情况下。

参考文献：

[1]王飞，余世杰，苏建徽，等.光伏并网发电系统的研究及实现[J].太阳能学報，2005，26（5）：605-608.

[2]董密，罗安.光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法[J].电力系统自动化，2006，30（20）：97-102.

作者简介：李琳（1990-），女，硕士，现就职于安徽绿海商务职业学院信息技术系，职务：专任教师，主要授课课程：物联网技术、电路原理、电子技术等。