基于改進(jìn)擾動(dòng)觀察法的光伏陣列MPPT研究

摘要：針對(duì)常規(guī)擾動(dòng)觀察(P＆0)法由于環(huán)境快速變化帶來(lái)的失效性問(wèn)題，提出一種基于改進(jìn)P0法的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法。采用一種壓阻可變的方法模擬光伏陣列的輸出特性。改進(jìn)PO法通過(guò)控制Boost變換器的占空比改變變換器的輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)MPPT。以DSP芯片TMS320LF2407A為控制電路主處理器，以Boost變換器為主拓?fù)潆娐?，搭建了模擬光伏陣列MPPT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該改進(jìn)算法能有效地跟蹤光伏陣列最大功率點(diǎn)(MPP)。
關(guān)鍵詞：光伏陣列；變換器；最大功率點(diǎn)；擾動(dòng)觀察法

1 引言
太陽(yáng)能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分，能量轉(zhuǎn)換效率較低是其發(fā)展受到制約的主要因素之一。要提高轉(zhuǎn)換效率，需有效地解決MPPT問(wèn)題。常用的MPPT方法有：PO法、恒定電壓法、導(dǎo)納增量法、最優(yōu)梯度法等，文獻(xiàn)比較了各方法的優(yōu)缺點(diǎn)；文獻(xiàn)深入研究了幾種算法的合成算法；文獻(xiàn)介紹了自適應(yīng)模糊控制法等智能MPPT算法。
PO法是工程上實(shí)現(xiàn)MPPT最常用的方法之一，其跟蹤方法簡(jiǎn)單，易于模塊化控制，但在外界環(huán)境快速變化時(shí)該算法存在失效問(wèn)題。此處提出一種改進(jìn)的PO法，以提高系統(tǒng)應(yīng)對(duì)外界環(huán)境快速變化的能力。采用一種壓阻可變的方法模擬光伏陣列的輸出特性，通過(guò)改進(jìn)PO法控制Boost變換器的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)MPPT。

2 光伏陣列特性
光伏電池的基本結(jié)構(gòu)是能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換為電能的PN結(jié)，其等效模型如圖1所示。

光伏電池輸出特性方程為：

式中：IL為負(fù)載電流；IG為光電流；Io為電池內(nèi)部等效二極管反向飽和電流；Uoc為開路電壓；UVD為等效二極管端電壓；A為PN結(jié)曲線常數(shù)；K為波爾茲曼常數(shù)；q為電子電荷；T為電池表面溫度；Rs為串聯(lián)電阻；Rsh為旁路電阻。
在實(shí)際運(yùn)行中，按照需要的功率和電壓等級(jí)，可將若干個(gè)單體光伏電池串、并聯(lián)組成光伏陣列。為了既便于說(shuō)明問(wèn)題，又不失一般性，此處采用光伏陣列的理想模型，其輸出為：

式中：Uall，Iall，Pall分別為光伏陣列的輸出電壓、電流和功率；Ucell，Icell，Pcell分別為單體光伏電池的電壓、電流和功率；
Ns，Np分別為光伏陣列中串、并聯(lián)的電池個(gè)數(shù)。