关于光伏电池最大功率跟踪算法的研究

今天小编要讲的是光伏电池最大功率跟踪算法的研究。今天的内容要从图1开始。图1中的U（k）、I（k）是光伏电池阵列检测到的当前电压和电流值，U（k-1）、I（k-1）是上一周期的电压、电流采样值。光伏电池阵列与Boost电路相接时，假设外部负载仍为纯电阻负载，并忽略Boost电路本身阻抗的情况下，根据Boost电路的阻抗变换关系，容易得出Boost电路的等效输入阻抗为Req=（1-D）2R。 D为Boost电路的开关占空比，R为电阻性负载的阻抗。

图1 电导增量法的控制流程图

对光伏电池阵列最大功率进行跟踪的过程中，工作电压的控制是通过Boost升压电路完成的。当占空比D越大时，Boost电路的输入阻抗就越小，占空比D越小时，Boost电路的输入阻抗就越大。通过改变Boost电路的占空比D，使其等效输入阻抗与光伏输出阻抗相匹配，实现光伏电池的最大功率输出，这是采用Boost电路能够实现最大功率跟踪的理论依据。对于Boost电路的工作原理，大家也都了解，如果新手有疑惑，可以查看电源网相关文章，本文不再赘述。

最大功率跟踪时的问题

在采用电导增量法进行最大功率跟踪过程中，通过调节Boost电路的占空比来实现光伏电池阵列的工作点电压的控制，从而达到最大功率的跟踪。然而通过光伏电池的电压/电流曲线和电压/功率曲线可以看出，工作在恒压源区和恒流源区是改变相同步长的工作电压对光伏电池的输出功率改变是不同的。在恒流源区内，输出电流对工作电压的改变敏感度很低，而在恒压源区对电流的影响却是非常明显。为了能够更快、更精确的追踪到光伏电池的最大功率输出的工作电压电流，需要对跟踪的方法进行改进。

改进方法

由于相同工作电压变化量在恒压源区和恒流源区的不同影响效果，可以对两个区内电压变化的步长作适当调整，提高最大功率跟踪的效率。经过测试，通常使用的光伏电池的最大功率点电压一般为其开路电压的（0.75-0.85）倍，所以恒流源区与恒压源区电压范围的比例关系大概是4：1。如果判断出当前光伏电池阵列工作于恒压源区时，其工作电压肯定大于最大功率点电压，要朝着减小工作电压的方向变化，取它的电压变化步长为△V；反之，如果判断出当前光伏电池阵列工作于恒流源区时，其工作电压肯定小于最大功率点电压，要朝着增大工作电压的方向变化。为了提高跟踪速度，取它的电压变化步长为4△V。

图2 改进后的电导增量法流程

为了提高跟踪最大功率的精确度，在一定的温度和光照强度下，当光伏电池的输出功率与当前条件下所能达到的最大功率接近时，调制跟踪步长△V，将△V适当变小，可以使其更精确地跟踪最大功率。在实际运行当中，光照强度突然发生变化瞬间，光伏电池两端的工作电压不会发生明显变化，相反，光伏电池的输出电流会发生瞬间的明显变化。根据这一特点来判断△V应采用大步长值△V2还是小步长值△V1。在系统控制参数的设计时，需要根据具体的光伏电池参数，来确定工作电流的变化量 的值作为判断标准。改进后的电导增量法流程图如图2所示。

实验结果

从图3的实验波形中我们可以很容易地看出，采用电导增量算法改进后的光伏系统，在光照强度稳定时，直流母线电压的波动非常小；当光照强度突然变化时，直流母线上的电压也非常稳定，电流迅速增大，保证光伏电池始终做最大的输出。

图3 光强突变时的母线电流和电压

结语

根据上文的描述，利用TMS320LF2407数字信号控制器作为主要控制芯片，采用改进的MPPT控制方式，该系统具有很好的动态响应和跟踪精度，具有跟踪光伏电池阵列最大功率点的功能，提高了系统的效率，充分利用了能源。