光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法的對比研究及改進(jìn)

　　表1 MPPT控制方法比較

　　3 改進(jìn)爬山法研究

　　考慮到爬山法有較好的跟蹤效率，且實(shí)現(xiàn)簡單等顯著優(yōu)點(diǎn)，本文采用一種改進(jìn)爬山法，該方法采用CVT啟動及變步長的控制策略。CVT啟動方法是以0.78倍的開路電壓作為爬山法的運(yùn)行初值，能較好地克服爬山法在啟動時產(chǎn)生的采樣誤差的缺點(diǎn)，能提高跟蹤速度。變步長控制法的思想是：當(dāng)距最大功率點(diǎn)比較遠(yuǎn)時，步長取較大，跟蹤速度加快;當(dāng)距最大功率點(diǎn)比較近時，步長取較小，慢慢接近最大功率點(diǎn);當(dāng)非常接近最大功率點(diǎn)時，穩(wěn)定在該點(diǎn)工作。該變步長法能克服爬山法在最大功率點(diǎn)附近振蕩的缺點(diǎn)。改進(jìn)爬山法控制流程圖如圖3所示。

　　4 改進(jìn)爬山法仿真分析

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤器采用Boost

　　圖3 改進(jìn)爬山法控制流程圖

　　DC/DC變換電路來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比控制功率的輸出。在Boost變換器的電路中串入MPPT控制系統(tǒng)，利用Matlab/simulink搭建仿真模型，編寫S函數(shù)作為MPPT的控制模塊，對光伏電池的最大功率點(diǎn)進(jìn)行追蹤，MPPT仿真模型如圖4所示。

　　圖4 MPPT仿真模型

　　對短路電流3.2 A、開路電壓22 V、最大功率點(diǎn)電流2.94 A和最大功率點(diǎn)電壓17 V的光伏電池模塊組成17伊1的光伏電池陣列進(jìn)行仿真，即其短路電流和光伏電池陣列的開路電壓分別為3.2 V和374 V，光伏電池陣列最大功率點(diǎn)電流和最大功率點(diǎn)電壓分別為2.94 A和289 V。光伏陣列輸入光強(qiáng)為1 000 W/m2，溫度為25 益。為了形成對比，對不加MPPT控制器的光伏發(fā)電系統(tǒng)、加爬山法MPPT控制器的光伏發(fā)電系統(tǒng)和加改進(jìn)爬山法MPPT控制器的光伏發(fā)電系統(tǒng)分別進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果如圖5所示。

　　圖5 MPPT仿真圖形

　　由圖5可見，未加MPPT控制的光伏電池輸出功率振蕩范圍很大，輸出功率很不穩(wěn)定。爬山法MPPT控制系統(tǒng)能較好地跟蹤到最大功率點(diǎn)，但是在最大功率點(diǎn)處還有一定振蕩。改進(jìn)爬山法的MPPT控制系統(tǒng)有效地改善了爬山法的缺點(diǎn)，在最大功率點(diǎn)附近振蕩小，跟蹤速度也比較快，提高最大功率跟蹤的效率。

　　5 結(jié)論

　　綜上所述，通過對幾種常見的MPPT控制方法的比較研究，可以看出，恒定電壓法控制簡單且易實(shí)現(xiàn)，但跟蹤精度差，在外界環(huán)境變化時，會產(chǎn)生較大誤差;爬山法簡單實(shí)用、跟蹤效率高，但在最大功率點(diǎn)附近會發(fā)生振蕩，存在誤差;電導(dǎo)增量法雖然跟蹤快速穩(wěn)定，但由于實(shí)際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中電壓和電流的檢測所依賴的傳感器精度的有限性，采用電導(dǎo)增量法很難達(dá)到預(yù)期的最大功率跟蹤效果。所以本文采用一種改進(jìn)爬山法，并對其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)證明基于變步長的改進(jìn)爬山法能夠克服爬山法存在的振蕩現(xiàn)象和能量的損失，并且結(jié)合CVT啟動能夠更加快速地實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。因此改進(jìn)爬山法克服了常規(guī)跟蹤算法中存在的效率低、能量損失大、不穩(wěn)定等的缺點(diǎn)，可以很好地適應(yīng)各種場合對光伏系統(tǒng)MPPT控制的要求，是一種較理想的MPPT控制方案。