王宇坤，陳沃源

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 江門 529090）

1 引言

由于環(huán)境污染日益嚴(yán)重，太陽能作為一種綠色可再生能源得到了各國大力發(fā)展，隨著光伏發(fā)電不斷降低成本、提高效率，太陽能光伏發(fā)電成為新能源利用的主流之一。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理比較簡單，PV方陣受太陽輻射，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，方陣的輸出接至匯流箱，匯流箱輸出端接至逆變器，通過MPPT算法控制匯流箱，通過逆變器實(shí)現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)換成交流電，經(jīng)過變壓器輸送到電網(wǎng)中，有很多MPPT算法比如擾動觀察、固定電壓法、電導(dǎo)增量法及相關(guān)方法的改進(jìn)方法。在本文中提出一種基于擾動觀察法的改進(jìn)方法，算法應(yīng)用于DC/DC升壓變流器，根據(jù)P-V曲線斜率改變的DC/DC變流器占空比步長，DC/DC變流器輸出與逆變器母線相連，使用MATLAB/Simulin驗(yàn)證算法的有效性。

2 光伏電池板數(shù)學(xué)模型介紹

圖1 pv等效模型

圖3 系統(tǒng)仿真框圖

本文采用就簡單的光伏電池單元模型如圖1所示，采用一個電流并聯(lián)一個二極管的形式，圖1中Iph為光電流（A）；Io為反向飽和電流（A）；RS為串聯(lián)電阻（Ω）；Rsh為并聯(lián)電阻（Ω）。根據(jù)光伏電池板模型可以得到電池輸出電流表達(dá)式（1）,實(shí)際使用的電池由多個光伏電池單元組成，設(shè)完整的單片光伏電池板由NS*NP個光伏電池單元構(gòu)成，根據(jù)單塊電池板的組成可以計(jì)算出單塊電池板的輸出端電壓和輸出電流分別為式（2）-（4）。

上述公式為單塊電池板相關(guān)數(shù)學(xué)表達(dá)式，而光伏電站單臺發(fā)電設(shè)備是由多塊電池板串并再一起使用，介紹MPPT算法時，以單塊光伏電池為例說明，但由于光伏電廠單臺逆變器上所接的所有光伏電池可理解為一塊由（MS*NS*NPMP）個光伏電池單元組成的一塊光伏電池板，此時電池板的特性完全一致。

3 算法介紹

根據(jù)圖2光伏電池P-V曲線可知，可以根據(jù)P-V的斜率判斷出此時光伏電池板是否工作在最功率點(diǎn)，相關(guān)判據(jù)如下所示，其中P代表光伏電池輸出功率，V代表最大功率點(diǎn)電壓，ΔP代表功率的變化量，ΔV電壓得變化量。當(dāng)ΔP/ΔV＞0時，通過控制DC/DC變流器將PV工作電壓升高；當(dāng)ΔP/ΔV＜0時，通過控制DC/DC變流器將PV工作電壓降低；當(dāng)ΔP/ΔV=0時，說明以找到MPP，維持當(dāng)前工作電壓。

由于DC/DC變換器輸入輸出電壓滿足式5的關(guān)系式，所以調(diào)節(jié)PV工作電壓實(shí)際上控制占空比D，控制邏輯關(guān)系如表1所示。

圖2 p-v 曲線

表1 占空比控制邏輯跳

實(shí)現(xiàn)控制占空比的方法有兩種，一種是一固定步長的方法改變DC/DC變流器的占空比，這種方法實(shí)現(xiàn)簡單，但由于步長固定，固定步長無法滿足各種環(huán)境要求，造成跟蹤精度低，發(fā)電量低，另一種是變步長的方法改變DC/DC變流器的占空比，本文提出一種新的變不長的方法，根據(jù)ΔP/ΔV的大小選擇每次D改變的大小，根據(jù)ΔP/ΔV的符號選擇改變D的方向。當(dāng)ΔP/ΔV＞0.1時，D減小的步長為,K為調(diào)整系數(shù)本文中取1.2，當(dāng)ΔP/ΔV＜-0.1,D增加的步長為當(dāng)0＜ΔP/ΔV＜0.1時，D減小的步長為0.1%占空比，當(dāng)-0.1＜ΔP/ΔV＜0時，D增大的步長為0.1%占空比，占空比變化步長ΔD計(jì)算公式如等式6所示。

圖4 仿真結(jié)果

4 算法仿真

采用Matlab/Simulink對最大輸出100千瓦的兩極式逆變器進(jìn)行仿真，仿真模型主要包括最大輸出100kW的光伏陣列、DC_DC逆變器、三相逆變器組成系統(tǒng)仿真圖如圖3所示。根據(jù)上述MPPT控制算法原理，DC_DC變換器通過本文提出的MPPT控制算法控制PV陣列輸出電壓，同時三相逆變器采用電壓電流雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定母線電壓Cdc的目的，系統(tǒng)正常運(yùn)行輸出波形如圖4所示，其中包括PV輸出平均功率Pmean、MPPT電壓即DC_DC變流器輸入電壓Vmpp。

為驗(yàn)證所提算法有效性，分別改變光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度，觀察輸出功率和Pv輸出電壓的變化，圖4a為分別改變在不同時刻將光照強(qiáng)度從1000降低到250，溫度由25℃升高到45℃然后降低到0℃，觀察光伏輸出功率和電壓滿足理論所示的變化趨勢，從而證明算法有效跟蹤最大功率點(diǎn)。

5 結(jié)論

本文提出基于擾動觀察法的雙極式光伏逆變器MPPT優(yōu)化策略，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明該改進(jìn)算法可找到最大功率點(diǎn)（MPP）電壓變化方向，根據(jù)光伏電池PV特性曲線的斜率取值來確定跟蹤最大功率點(diǎn)電壓改變電壓步長，根據(jù)當(dāng)前步長的變化快速查找功率最大點(diǎn)。最終達(dá)到快速、準(zhǔn)確的查找光伏電池板最大功率點(diǎn)的目的。

[1] Henry Shu-Hung Chung,K.K.Ron Hui,C.M. Mok,M.T. Ho,“A novel Maximum Power Point Tracking Tecnique for Solar Panels Using a SEPIC or Cuk Converter”,IEEE Transactions on Power Electronics,Vol.18,No.3, May 2003.

[2] Toshihiko Noguchi,Shigenori Togashi,Ryo Nakamoto,“Short-Current Pulse Based Maximum-Power-Point Tracking Method for Multiple Photovoltaic and Converter Module System”IEEE Transactions on Industrial Electronics,Vol.49,No.1,February 2002.