基于滞环控制的MPPT扰动观测改进方法

靖永海 邝小飞 陶钧炳

摘 要：在光伏并网发电的过程中需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪控制，来使得电池的利用率最高，提高发电效率。分析了 MPPT 的基本扰动观测法的原理，并且分析它的优缺点。在此基础之上提出了一种基于滞环控制的MPPT扰动观测改进方法，添加滞环技术进行二次判断，来保证搜索算法的准确性，可避免误判现象发生，同时对传统扰动方法在MPPT点出现振荡的问题有效抑制。

关键词：滞环控制；MPPT；改进方法

一直以来光伏发电的随机性问题始终存在，其根源在于改变光伏电池输出特性的不可控外因较多，造成了光伏电池较为复杂的非线性发电特性。通常为实现光伏发电系统输出功率的最大化，控制装置需对其最大功率点进行实时追踪，即进行最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT），现阶段常用的MPPT方法包括：扰动观测法、恒定电压法、模糊控制法、导纳增量法等。

1 基本的扰动观测法

MPPT 的实现过程本质上采取的自寻优机制，即通过控制端电压或其他物理量，使光伏电池能在各种不同的日照和温度环境下智能化地输出最大功率Pm。扰动观察法MPPT的原理如图1所示。

扰动观测法的原理为：光伏电池初设定工作在某一参考电压Vref下，并为该参考电压假定一变化方向和较小的步长，然后使输出电压按假定方式变化。

上述扰动观测法实现的MPPT原理简单，且对光伏系统参数精确度要求不高，在环境变化较缓慢的场合下，一般可实现光伏发电系统的MPPT需求。

然而，扰动观测法MPPT多采取定步长机制，存在MPPT采样步长和跟踪时间之间固有的矛盾问题。其中，小采样步长可提高MPPT精度，但其响应时间较长；反之，大采样步长响应时间较短，但其MPPT稳态精度受到了限制。上述问题，始终困扰着光伏发电系统应用。

2 扰动观测法改进

定步长的扰动观测法是一种自寻优的搜索控制方法，一般而言存在前文指出的MPPT点附近的振荡和误判问题。基于此，本文提出一种基于滞环控制的MPPT扰动观测改进方法。

当光伏电池输出功率在设定的滞环范围内变化时，需要维持光伏电池的工作电压不变，只有当功率的波动量超出设定的误差范围时，控制系统以一定的规律介入改变光伏电池的工作点电压。为此，基于滞环控制的MPPT扰动观测改进方法通过增加一个新的测量信息，并引入具有滞环特性的双向扰动，具体如下：

1）在扰动观测法实现MPPT的过程中，已知A点和B点分别为当前工作点和扰动后待测量点，而滞环MPPT新增的C点则有两种选择，分别为B点反方向两个步长对应的观测点或正方向一个步长对应的观测点。

2）假设当前工作点A处并未发生误判断现象，故可将当前工作点A作为搜索中心，在其左右各取一点形成滞环，即A点为始终处于B、C两点之间的滞环中心点。此时，令A、B、C三点对应功率分别为PA、PB、PC，并对其进行比较可得其对应九种关系，见图2。图中，当PA>PC时记作“+”，当PB>PA时记作“+”，反之均将其记作“-”。

3）通过对A、B、C三点之间的功率进行比较判断，可以得出以下规律：规律1，若两次扰动的功率比较值均为“+”，则电压值保持原方向扰动；规律2，若两次扰动的功率比较值均为“-”，则电压值保持反方向扰动；规律3，若两次扰动的功率比较值有“+”、“-”，则维持电压不变。

至此，滞环比较法实际上是通过双向扰动确定的方法来保证搜索算法的准确性，可有效避免误判现象发生，同时对传统扰动方法在MPPT点出现振荡的问题有效抑制。

3 结论

论文研究了基于滞环控制的MPPT扰动观测改进方法，可以得出以下结论：

1）基本的扰動观测法MPPT存在MPPT采样步长和跟踪时间之间固有的矛盾问题

2）基于滞环控制的MPPT扰动观测改进方法，可增加MPPT稳定精度，削弱稳定扰动，有较好的输出特性。

参考文献：

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作者简介：靖永海（1989-），男，河南新乡人，硕士，研究领域：光伏并网微逆变器。