光伏发电系统中的最大功率点跟踪法

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720147

摘要：结合已有的广泛系统的数学等效模型和实际的太阳能电池的参数，通过仿真分析获取相应的光伏电池的输出特性曲线，与实际情况进行比较，有效获取跟踪算法来实现光伏电池的最大功率点输出。

关键词：光伏发电；最大功率点跟踪法

随着人们对能源利用的研究和开发，太阳能作为可再生能源，受到重视并不断发展。利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能转换成电能的光伏发电系统成为重要的研究对象。

最大功率点跟踪法

光伏电池的输出受到温度、光照等因素的影响呈现非线性，光照条件的不同导致了太阳能电池板输出电压和功率的不同，其函数是单峰函数，即在某一点处达到输出的最大功率，而这个点就是光伏电池工作的最佳状态，对应的工作点被称为最大功率点（MPP）。为保证光伏电池的最大功率点输出，常使用最大功率的跟踪法。最大功率跟踪法又可以分作电导增量法、恒定电压法（CVT）、扰动观测法（P&O）以及基于扰动观测法改进的自适应算法等等。

一、恒定电压法

恒定电压法（CVT）的优点在于操作较为简单，如图1所示即为恒定电压法的工作原理图。由图可知，温度一定时，太阳能电池的最大功率点几乎落在同一根垂直线的临近两侧，這样就可以把最大功率点的轨迹线近似的看成电压U=const的一根垂直线，即只要保持太阳能电池的输出端电压为常数且等于某一日照强度下相应于最大功率点的电压，就可以大致保证在该温度下太阳能电池输出最大功率。把最大功率点跟踪简化为恒电压跟踪（CVT），这就是CVT控制的理论依据。

二、扰动观测法

这种方法主要依据的是光伏阵列端口电压与最大输出功率之间存在一定的关系，可以通过相应的公式计算得出。因此当不断的向光伏阵列的端口进行干扰，导致其端口电压产生改变，那么就会对应输出很多新的功率。比较扰动前后输出功率的大小，若扰动前的输出功率较大，则说明光伏阵列的输出功率在减小，因此下一次扰动就需要朝着反方向进行；如果光伏阵列的扰动后输出功率较大，则说明光伏阵列的输出功率在增大，同样的扰动信号需要通过反方向输入。

三、电导增量法

前面通过对于光伏输出特性的仿真分析可以知道，光伏阵列的电压功率输出曲线只有一个峰值点。因此根据数学分析可以知道曲线的最高点处有dPdV=0，如此便可以计算出光伏阵列的峰值点。光伏阵列的输出功率有Ppv=upvipv，两边同时求导，就可以得到：

dPpvdupv=ipv+upvdipvdupv

可知，当dPpvdupv>0时，upv小于最大功率点电压；当dPpvdupv<0时，upv大于最大功率点电压；当dPdV=0时，upv与最大功率点电压相等。

当upv-ipvupv此时应增大输出电压；当upv>Um时，dipvdupv<-ipvupv此时应减小输出电压；当upv=Um时，dipvdupv=-ipvupv此时对应的是最大功率点电压。

电导增量法的构建基于光伏阵列的功率与电压输出关系曲线，对于环境的适应性强，可以有效减小误判情况，其跟踪控制比较理想。

参考文献：

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作者简介：杨媛媛（1984），女，苗族，贵州凯里市人，工程硕士，副教授，单位：贵州电子信息职业技术学院电力工程系，研究方向：电子与通信工程 。