太阳能光伏最大功率跟踪新算法
2014-12-13关旭贾文超
关旭++贾文超
摘要：本研究通过采样开路电压，短路电流，工作时刻的电压以及电流，建立P-V方程，从而求出最大功率电压，实现最大功率电压跟踪。通过算例分析验证，此算法可行，而且相比固定电压法跟踪更精确，相比增量电导法无震荡的缺点。
关键词：太阳能 光伏 新算法 最大功率跟踪（MPPT）
中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0125-02
随着社会的不断发展，能源问题与环境问题越来越受到人们的广泛关注。寻找并开发清洁、无污染的可再生新能源以代替一次能源成为人们广泛关注的焦点。太阳能是一种绿色能源，它取之不尽用之不竭，而且无污染，具有十分广阔的应用前景。太阳能发电的主要部分是光伏电池，它能将光能直接转换成电能，但是由于其材料以及制作工艺等复杂的特性导致转换效率很低。而且光伏电池的输出功率会随着环境温度、光照强度的变化而变化，呈现出非线性的特点。因此除了提高材料工艺从根本上提高转换效率以外，提高光伏电池的输出功率也是光伏发电的重要环节。
最大功率点跟踪（MPPT）就是一种令光伏电池输出功率始终保持在最大功率状态的一种技术手段。现有比较成熟的跟踪技术有固定电压法，增量电导法等。固定电压法虽然稳定但是不够精确，增量电导法虽然精确但是跟踪速度较慢，而且会在最大功率点处发生震荡。本方案针对以上几点，提出一种新型的最大功率跟踪算法，通过仿真得出该算法具有跟踪跟踪速度较快，相对精确的优点。
1 光伏电池特性
光伏电池的输出特性如图1、图2、图3所示。
由图1、2、3可知，光伏电池输出电压随光照强度的增加而增加，随环境温度的增加而降低；输出功率随到光照强度和温度的变化而变化，呈非线性。
2 光伏列阵最大功率跟踪算法建立
光伏电池可等效成下图的电路，如图4所示。
太阳能极板生产厂家会标出每一个太阳能极板标条件况下的最大功率点电流和电压，从而在标准测试条件下时可求。由（11）可知，的取值与和有关，而最大功率点随温度和光照强度的变化而变化，所以不是定值。在实际应用中，的值非常小，其变化随着光照强度和温度的变化也小，可以近似认为不变。
通过采样可测得光伏阵列工任意工作点作时的电压和电流，代入（8）得：
此方程是一个只含有一个未知数的非线性方程，经证明此方程在最大功率点附近具有严格的单调性，所以可用迭代法在最大功率点附近求出唯一的数值解。则可求。（以下的皆作为已知量）
考虑到串联电阻远远小于等效二极管正向导通电阻，故可认为npIph=Isc，忽略Rs。由此可推导出P-V光伏特性曲线方程：
令，则可通过迭代法求出U的数值解，此解就是最大功率点电压。
考虑到方程（13）在最大功率点附近具有单调性，采取先用固定电压法，通过检测开路电压Uoc，再检测工作时刻的输出电压U0，如果U0偏离0.8Uoc很远，则将输出电压调整为0.8Uoc，从而使输出电压工作在最大功率点附近。具体过程如图5所示。
3 算例分析
基于上述数学模型，应用计算机仿真，分别在不同光照强度和不同温度情况下，对此最大功率跟踪算法进行算法验证。不同光照强度（此时温度为25℃）分别为1000W/m2、800W/m2、600W/m2、400W/m2，具体数值如表1所示。不同温度（光照强度为1000W/m2）分别为40℃、30℃、25℃、20℃，具体参数如表2所示。选择的太阳能极板为晶科能源公司的组件型号为JKM250P-60，最大功率为250W。
4 结语
经验证，通过以上数值可看出此最大功率跟踪算法可行，而且跟踪精确。此算法的过程相当于直接将最大功率点电压求出，然后通过DC-DC变换器，将电压控制在所求得电压值上，没有像增量电导法这样需要移动步长，一点点调节输出电压的过程，所以不会出现在最大功率点前后震荡的情况。在解非线性方程处采取弦截法或牛顿下山法等优秀的迭代法可以使迭代次数减小，提高收敛速度，从而提高跟踪速度。
参考文献
[1]徐晓冰，王建平，张崇巍.硅太阳电池模型参数的一种解析方法[J].电源技术，2009，33（6）.
[2]VIOREL B.Dynamic model of a complex system including PV cells，electric baRery，electrical motor and water pump[J].Energy，2003，28（12）：1165-1181.
[3]邵卫超.基于DC/DC变换器的分布式MPPT光伏系统研究[D].华北电力大学（保定），2012.03.
[4]杜慧，林永君，张少伟.太阳能光伏电池输出特性分析与仿真研究[J].系统仿真学报，2009.03.
[5]带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型.系统仿真学报，2005.17（5）.endprint
摘要：本研究通过采样开路电压，短路电流，工作时刻的电压以及电流，建立P-V方程，从而求出最大功率电压，实现最大功率电压跟踪。通过算例分析验证，此算法可行，而且相比固定电压法跟踪更精确，相比增量电导法无震荡的缺点。
关键词：太阳能 光伏 新算法 最大功率跟踪（MPPT）
中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0125-02
随着社会的不断发展，能源问题与环境问题越来越受到人们的广泛关注。寻找并开发清洁、无污染的可再生新能源以代替一次能源成为人们广泛关注的焦点。太阳能是一种绿色能源，它取之不尽用之不竭，而且无污染，具有十分广阔的应用前景。太阳能发电的主要部分是光伏电池，它能将光能直接转换成电能，但是由于其材料以及制作工艺等复杂的特性导致转换效率很低。而且光伏电池的输出功率会随着环境温度、光照强度的变化而变化，呈现出非线性的特点。因此除了提高材料工艺从根本上提高转换效率以外，提高光伏电池的输出功率也是光伏发电的重要环节。
最大功率点跟踪（MPPT）就是一种令光伏电池输出功率始终保持在最大功率状态的一种技术手段。现有比较成熟的跟踪技术有固定电压法，增量电导法等。固定电压法虽然稳定但是不够精确，增量电导法虽然精确但是跟踪速度较慢，而且会在最大功率点处发生震荡。本方案针对以上几点，提出一种新型的最大功率跟踪算法，通过仿真得出该算法具有跟踪跟踪速度较快，相对精确的优点。
1 光伏电池特性
光伏电池的输出特性如图1、图2、图3所示。
由图1、2、3可知，光伏电池输出电压随光照强度的增加而增加，随环境温度的增加而降低；输出功率随到光照强度和温度的变化而变化，呈非线性。
2 光伏列阵最大功率跟踪算法建立
光伏电池可等效成下图的电路，如图4所示。
太阳能极板生产厂家会标出每一个太阳能极板标条件况下的最大功率点电流和电压，从而在标准测试条件下时可求。由（11）可知，的取值与和有关，而最大功率点随温度和光照强度的变化而变化，所以不是定值。在实际应用中，的值非常小，其变化随着光照强度和温度的变化也小，可以近似认为不变。
通过采样可测得光伏阵列工任意工作点作时的电压和电流，代入（8）得：
此方程是一个只含有一个未知数的非线性方程，经证明此方程在最大功率点附近具有严格的单调性，所以可用迭代法在最大功率点附近求出唯一的数值解。则可求。（以下的皆作为已知量）
考虑到串联电阻远远小于等效二极管正向导通电阻，故可认为npIph=Isc，忽略Rs。由此可推导出P-V光伏特性曲线方程：
令，则可通过迭代法求出U的数值解，此解就是最大功率点电压。
考虑到方程（13）在最大功率点附近具有单调性，采取先用固定电压法，通过检测开路电压Uoc，再检测工作时刻的输出电压U0，如果U0偏离0.8Uoc很远，则将输出电压调整为0.8Uoc，从而使输出电压工作在最大功率点附近。具体过程如图5所示。
3 算例分析
基于上述数学模型，应用计算机仿真，分别在不同光照强度和不同温度情况下，对此最大功率跟踪算法进行算法验证。不同光照强度（此时温度为25℃）分别为1000W/m2、800W/m2、600W/m2、400W/m2，具体数值如表1所示。不同温度（光照强度为1000W/m2）分别为40℃、30℃、25℃、20℃，具体参数如表2所示。选择的太阳能极板为晶科能源公司的组件型号为JKM250P-60，最大功率为250W。
4 结语
经验证，通过以上数值可看出此最大功率跟踪算法可行，而且跟踪精确。此算法的过程相当于直接将最大功率点电压求出，然后通过DC-DC变换器，将电压控制在所求得电压值上，没有像增量电导法这样需要移动步长，一点点调节输出电压的过程，所以不会出现在最大功率点前后震荡的情况。在解非线性方程处采取弦截法或牛顿下山法等优秀的迭代法可以使迭代次数减小，提高收敛速度，从而提高跟踪速度。
参考文献
[1]徐晓冰，王建平，张崇巍.硅太阳电池模型参数的一种解析方法[J].电源技术，2009，33（6）.
[2]VIOREL B.Dynamic model of a complex system including PV cells，electric baRery，electrical motor and water pump[J].Energy，2003，28（12）：1165-1181.
[3]邵卫超.基于DC/DC变换器的分布式MPPT光伏系统研究[D].华北电力大学（保定），2012.03.
[4]杜慧，林永君，张少伟.太阳能光伏电池输出特性分析与仿真研究[J].系统仿真学报，2009.03.
[5]带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型.系统仿真学报，2005.17（5）.endprint
摘要：本研究通过采样开路电压，短路电流，工作时刻的电压以及电流，建立P-V方程，从而求出最大功率电压，实现最大功率电压跟踪。通过算例分析验证，此算法可行，而且相比固定电压法跟踪更精确，相比增量电导法无震荡的缺点。
关键词：太阳能 光伏 新算法 最大功率跟踪（MPPT）
中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0125-02
随着社会的不断发展，能源问题与环境问题越来越受到人们的广泛关注。寻找并开发清洁、无污染的可再生新能源以代替一次能源成为人们广泛关注的焦点。太阳能是一种绿色能源，它取之不尽用之不竭，而且无污染，具有十分广阔的应用前景。太阳能发电的主要部分是光伏电池，它能将光能直接转换成电能，但是由于其材料以及制作工艺等复杂的特性导致转换效率很低。而且光伏电池的输出功率会随着环境温度、光照强度的变化而变化，呈现出非线性的特点。因此除了提高材料工艺从根本上提高转换效率以外，提高光伏电池的输出功率也是光伏发电的重要环节。
最大功率点跟踪（MPPT）就是一种令光伏电池输出功率始终保持在最大功率状态的一种技术手段。现有比较成熟的跟踪技术有固定电压法，增量电导法等。固定电压法虽然稳定但是不够精确，增量电导法虽然精确但是跟踪速度较慢，而且会在最大功率点处发生震荡。本方案针对以上几点，提出一种新型的最大功率跟踪算法，通过仿真得出该算法具有跟踪跟踪速度较快，相对精确的优点。
1 光伏电池特性
光伏电池的输出特性如图1、图2、图3所示。
由图1、2、3可知，光伏电池输出电压随光照强度的增加而增加，随环境温度的增加而降低；输出功率随到光照强度和温度的变化而变化，呈非线性。
2 光伏列阵最大功率跟踪算法建立
光伏电池可等效成下图的电路，如图4所示。
太阳能极板生产厂家会标出每一个太阳能极板标条件况下的最大功率点电流和电压，从而在标准测试条件下时可求。由（11）可知，的取值与和有关，而最大功率点随温度和光照强度的变化而变化，所以不是定值。在实际应用中，的值非常小，其变化随着光照强度和温度的变化也小，可以近似认为不变。
通过采样可测得光伏阵列工任意工作点作时的电压和电流，代入（8）得：
此方程是一个只含有一个未知数的非线性方程，经证明此方程在最大功率点附近具有严格的单调性，所以可用迭代法在最大功率点附近求出唯一的数值解。则可求。（以下的皆作为已知量）
考虑到串联电阻远远小于等效二极管正向导通电阻，故可认为npIph=Isc，忽略Rs。由此可推导出P-V光伏特性曲线方程：
令，则可通过迭代法求出U的数值解，此解就是最大功率点电压。
考虑到方程（13）在最大功率点附近具有单调性，采取先用固定电压法，通过检测开路电压Uoc，再检测工作时刻的输出电压U0，如果U0偏离0.8Uoc很远，则将输出电压调整为0.8Uoc，从而使输出电压工作在最大功率点附近。具体过程如图5所示。
3 算例分析
基于上述数学模型，应用计算机仿真，分别在不同光照强度和不同温度情况下，对此最大功率跟踪算法进行算法验证。不同光照强度（此时温度为25℃）分别为1000W/m2、800W/m2、600W/m2、400W/m2，具体数值如表1所示。不同温度（光照强度为1000W/m2）分别为40℃、30℃、25℃、20℃，具体参数如表2所示。选择的太阳能极板为晶科能源公司的组件型号为JKM250P-60，最大功率为250W。
4 结语
经验证，通过以上数值可看出此最大功率跟踪算法可行，而且跟踪精确。此算法的过程相当于直接将最大功率点电压求出，然后通过DC-DC变换器，将电压控制在所求得电压值上，没有像增量电导法这样需要移动步长，一点点调节输出电压的过程，所以不会出现在最大功率点前后震荡的情况。在解非线性方程处采取弦截法或牛顿下山法等优秀的迭代法可以使迭代次数减小，提高收敛速度，从而提高跟踪速度。
参考文献
[1]徐晓冰，王建平，张崇巍.硅太阳电池模型参数的一种解析方法[J].电源技术，2009，33（6）.
[2]VIOREL B.Dynamic model of a complex system including PV cells，electric baRery，electrical motor and water pump[J].Energy，2003，28（12）：1165-1181.
[3]邵卫超.基于DC/DC变换器的分布式MPPT光伏系统研究[D].华北电力大学（保定），2012.03.
[4]杜慧，林永君，张少伟.太阳能光伏电池输出特性分析与仿真研究[J].系统仿真学报，2009.03.
[5]带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型.系统仿真学报，2005.17（5）.endprint
