一种应用于光伏电池MPPT的变步长爬山法

2018-11-14安徽理工大学潘惠琴

电子世界 2018年20期

安徽理工大学潘惠琴

光伏电池的输出特性与外界环境有关，为了能够提高光伏电池的利用效率，需对光伏电池进行最大功率点跟踪。其中，扰动观察法的应用较广泛，提出了一种变步长扰动观察法，对传统的扰动观察法进行了改进。

1 概述

随着化石能源的枯竭以及环保问题越来越受到重视，各国开始投资光伏产业并制定相应的政策以刺激光伏产业的发展（曹龙汉,余佳玲,李景南,陈福光.基于MATLAB/Simulink的光伏电池仿真建模研究[J].半导体光电,2015,36(05):718-721）。然而，对光伏发电系统而言，太能能转换为电能，效率较低，因此应着眼于解决光伏电池输出效率的问题。

本文提出了一种改进变步长扰动观察法的最大功率点跟踪（MPPT）方法，能快速、有效地减小在最大功率点（MPP）处的振荡，使得光伏电池转换电能的利用率能得到显著的提高。

2 扰动观察法工作原理

2.1 光伏电池输出特性

光伏电池的输出特性受到温度、光照强度等外界因素的影响，其输出的PV特性曲线是非线性的（高金辉,邢倩,马高峰.光伏电池新型仿真模型及MPPT控制器的研究[J].电测与仪表,2014,51(17):107-111）。图1所示为光伏电池PV输出特性曲线。

从光伏电池PV曲线的仿真结果可知，在不同的工作环境下，其输出功率随着输出电压的增大，先增大后减小，且此过程一直是动态变化的，为了使光电转换的效率提高，应提高最大功率点追踪的速度和准确性。

图1 光伏电池PV输出特性

图2 扰动观察法寻优

图3 MPPT控制流程图

2.2 传统扰动观察法（P&O）的工作原理

扰动观察法（郭明明,沈锦飞.基于改进变步长电导增量法光伏阵列MPPT研究[J].电力电子技术,2011,45(7):14-16）工作原理简述为：每隔一段时间提高或减少光伏电池的输出电压并观察其受到干扰后系统输出功率变化的情况，再来判断电压的调整方向是否正确，进而调整干扰的方向。扰动观察法的寻优过程如图2所示。

由图2所示可知，传统的定步长扰动观察法在寻优时一般在最大功率点附近振荡。若选取较大步长，增加跟踪速度，但使得振荡幅度加大，导致稳态性能降低；若选取较小步长，改善了稳态性能，但是造成跟踪速度降低。因此对于扰动步长的设置是判断系统跟踪性能的关键。

图4 光伏模块输出波形图

2.3 变步长扰动观察法

本文提出的改进变步长扰动观察法的措施，就是通过引进一个变步长因子，利用它来调节扰动时的步长。的大小与离最大功率的距离的远近有关，即距离最大功率点处越近，其值越小，保证了两边的收敛速度，即。变步长因子的取值范围为0～1，在爬坡过程中，值与输出电压大小成反比，即输出电压越大，值越小，值取决于功率差值或电压差值，现以功率差为例，取值为函数值。本文所提出的改进的变步长扰动观察法的控制流程如图3所示。

由图3所示可以看出，本文提出的变步长扰动观察法与传统定步长扰动观察法的最大不同点：引入了一个变步长因子。其中，通过的正负，能够准确判断其扰动方向。