一种改进的变步长扰动观察光伏发电MPPT控制方法

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基于优化型变步长扰动观察法的光伏MPPT_仿真研究

文章编号：2095-6835（2023）20-0080-03基于优化型变步长扰动观察法的光伏MPPT仿真研究胡昊明，雷初聪，易荣卫（赣南科技学院，江西赣州341000）摘要：光伏电池最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技术的核心任务是寻找到最大功率点的位置，以提高算法的利用效率。

目前常见的MPPT算法，例如扰动观察法、恒定电压法等存在着跟踪精度低、响应速度慢等问题。

选择在常用的扰动观察法上进行优化，利用输出功率与工作功率的绝对值作为扰动条件，得到改进后的变步长扰动观察法，用于保证系统尽可能处于最大功率点。

通过Matlab/Simulink仿真验证发现这种方法能够同时兼顾MPPT步长的速度和精度。

关键词：最大功率点跟踪；扰动观察法；Matlab/Simulink；步长中图分类号：TM615文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.20.023相比于化石、煤油、天然气等不可再生能源，太阳能、风能等可再生能源在发电领域具有更加广阔的应用前景[1-2]。

由于光伏发电具有能量密度大、发电便捷、发电灵活、便于利用等优点，相比于其他可再生能源，其在发电领域中得到了更为广泛的应用[3]。

然而，光伏发电也存在诸多不足之处，例如发电效率低、受自然环境因素影响较大、对电力系统正常的频率调整会对其有较大干扰等缺点，其中最为核心的问题是光伏发电效率低[4]。

为提高光伏发电的效率，常采用MPPT控制算法。

MPPT算法从自然影响因素入手，尽量去减少自然因素对系统的影响，想办法提升系统的适应能力，使光伏系统工作点尽量保持在最大功率点，提高系统的有效转换率[5]。

利用MTTP算法可以让光伏电池得到最大程度的利用，使光伏系统高效平稳地运行[6]。

目前常见的MPPT算法有扰动观察法、恒定电压法、电导增量法等，这些方法存在着跟踪精度低、响应速度慢、环境自适应能力差等缺点[7-9]。

一种变步长扰动观察法在光伏MPPT中的应用

一种变步长扰动观察法在光伏MPPT中的应用张光明;刘毅力;马龙涛;叶炳均【摘要】针对传统扰动观察法的扰动步长选取无法兼顾跟踪速度和稳态精度的缺陷,对传统扰动观察法进行改进,设计了一种变步长扰动观察法.首先分析光伏电池输出的P-U曲线的特点,然后阐述了基于Boost电路实现光伏最大功率点跟踪(MPPT,maximum power point tracking)的控制系统及其工作原理,最后利用Matlab/Simulink搭建基于传统算法以及改进算法的光伏发电MPPT仿真模型,并在同一环境下对这2种算法的跟踪效果进行仿真对比.结果表明,改进的算法有效弥补了传统算法的缺陷,在快速跟踪最大功率点的同时又保证了跟踪的精度,具有良好的动态性能和稳态性能.【期刊名称】《西安工程大学学报》【年(卷),期】2019(033)004【总页数】7页(P433-439)【关键词】P-U曲线;最大功率点跟踪;Boost电路;扰动观察法;变步长;仿真分析【作者】张光明;刘毅力;马龙涛;叶炳均【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048;国网陕西省电力公司铜川供电公司,陕西铜川727000;西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TM6150 引言随着全球人口的持续增长和经济的不断发展,能源危机和环境污染问题日渐突出,开发研究清洁再生能源已经成为人类社会的共识。

由于光伏发电在发电过程中没有污染和噪声等诸多优点,所以目前成为国内外研究的热点[1-2]。

光伏电池作为光伏发电系统的能量提供单元,其功率输出是随着太阳光照强度以及环境温度的变化而变化的,但是在一定的工作环境下,电池都具有唯一的最大功率输出点,因此为了使电池输出功率最大化,应当实时调节电池的工作点,使其一直工作在最大功率点附近,即MPPT技术[3]。

目前实现MPPT技术的算法有很多,比较常用的传统算法有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法[4]。

一种改进的变步长电导增量光伏电源MPPT控制方法

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光伏发电系统新型变步长MPPT控制方法

- 178 -光伏发电系统新型变步长MPPT 控制方法范佳佳宋平岗（华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌 330013）【摘要】分析并网型光伏发电系统最大功率点跟踪原理，针对含有直流-直流（DC/DC）升压环节的两级系统，文章提出了一种新型简单实用变步长最大功率点跟踪（MPPT）控制方法。

系统只检测输出并网电流，并根据电流变化率di/dt 变步长改变占空比，实现最大功率点的快速跟踪。

仿真分析得，系统追踪最大功率点速度快，当外界条件发生变化时，系统能快速追踪到新的最大功率点并保持不变，稳定性好，输出功率平稳，波动小，证明了理论研究的正确性与可行性。

【关键词】并网；光伏发电；MPPT；变步长【中图分类号】TM464 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1151(2010)10-0178-03（一）引言太阳能具有清洁、无污染、取之不尽用之不竭、分布面广等优点，已成为世界各国普遍研究的热点。

与此同时，光伏发电装机总量每年成倍增趋势，在世界发电总量中所占的比重也越来越大。

但是，光伏发电系统的一个主要缺点是其价格昂贵而发电效率却较低，这已成为限制其发展的主要因素之一[1]。

所有的光伏系统都希望电池阵列在同样的日照、温度条件下输出尽可能多的电能，提高发电效率，这也就是理论和实践上的太阳能电池阵列最大功率点跟踪MPPT(MaximumPower Point Tracking)控制。

目前，国内外常用的最大功率点跟踪控制方法大多是直接采样太阳能电池的输出电压和输出电流，计算输出功率并改变占空比，比较功率变化趋向。

比较成熟的MPPT 方法有扰动观察法（爬山法）、增量电导法（INC）、恒定电压法（CVT）、滞环比较法、模糊逻辑控制法等。

其中工程中应用较多的控制方法为：扰动观察法和恒定电压法。

此类方法存在一个缺点，系统在追踪最大功率点时只能定步长跟踪，追踪速度较慢，会产生一定的能量流失。

另外，此类最大功率点跟踪控制方法一般直接采样太阳能电池的输出电压和输出电流，计算输出功率并改变占空比，比较功率变化趋向[2]。

一种改进的光伏发电系统MPPT控制方法

Ｆｇ．Ｉｉ４ｍｐｌｉｎａｉｎｏＰＰｕｉｇｃｎｔｔｖｌｇｌｏｉｍｅｔｔｏｆＭＴｓｎｏｓａｎｏｔｅａｇｒｔａｈｍ
该方法控制简单，易实现．容由仿真波形可以看出，其启动特性很好，动时间为００，照突变启．２Ｓ光后可以快速跟踪到最大功率点，但是精度比较低，只
间为００，照突变后，．５Ｓ光跟踪的速度比较慢，同时
出现一个大的波动，明出现了“ 判 ” 象，且说误现源自并稳态时出现振荡．
２３电导增量法．
该方法通过比较光伏阵列的瞬时电导和电导变化量来实现最大功率跟踪．据太阳电池输出特性根曲线Ｐ＝Ｕ可知，Ｉ在最大功率点处其斜率为零，即
ＤＴ＝Ｔｅｏ— ｆ；
＋一）；（。
２１固定电压法．
Ｄｕ＝一卢・ＤＴ—ＲＤＩ・；
（）８
上的最大功率点电压几乎为一定值，如果将输出电压控制在此值，太阳电池近似工作在最大功率点则处．仿真图形如图４所示：其
Ｐ＝Ｉ．Ｐｄ：Ｉ＋ＵＩｄ＝０。Ｉｄ＝一ＩＵ．Ｕｄ／Ｕｄ／Ｕｄ／Ｕ／
图６电导增量法实现ＭＰＴＰ
Ｆｉ．ＩｌｅａｉｆＭＰＰｕｉｏｄｃｉｉｙｇ６ｍｐｉｎｔｔｍｏｎｏＴｓｎｇｃｎｕｔｖｔｉｃｅｎｌｏｉｈｎｒｍｅｔａｇｒｔｍ

一种改进型扰动观察法MPPT算法的研究

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[J].青岛大学学报（工程技术版）,2006,21
（ 4）： 74 -77
[8 $郭爽，王丰贵.实用光伏电池建模及MPPT算法仿真[J].
现代电子技术,2014,37（8）：148 -150.
作者简介:孙滋昂（1994—）男，浙江宁波人，硕士研究生，主要从
在 smmulmnk
MPPT上提出一
进型
平台搭建仿真进行
证,通过实验研究得到以下结论丄光伏电池的输出特
35
技术方案 Tech no logy Scheme
数据通信2019.4
性受到温度和光照强度的影响,这两个环境因素会直接改变光伏电池的最大功率点。2.分析实验结果，可知改进型扰动观察法稳态波动小,动态响应速度快，更符合MPPT算法的思想。3.在环境突变的情况下，改进型扰动观察法具有更好的适应性，可以更高效地利用太阳能。
技术方案 Tech no logy Scheme
数据通信2019.4
一种改进型扰动观察法MPPT算法的研究
---------------------------- 孙滋昂郑紫微郝骏杨洋（宁波大学信息科学与工程学院宁波315211）

改进型扰动观察法在光伏发电MPPT中的应用

2019.01理论与算法改进型扰动观察法在光伏发电MPPT中的应用蔡小庆，陈晓芳(燕京理工学院信息科学与技术学院，河北廊坊，065201 )摘要：为了提高光伏电池的发电效率，采用最大功率点跟踪（M P P T)控制技术。

在常规扰动观察法的基础上加以改进，提出一种滞环比较和面积差相结合的变步长算法。

研宄了基于Boost电路的光伏发电MPPT控制系统的原理，在Matlab/ Simulink中构建M PPT仿真系统模型，通过仿真验证了该方法的可行性。

结果表明：改进后的M PPT算法能有效的抑制震荡现象，且能快速的跟踪在最大功率点。

关键词：光伏发电；Simulink仿真；最大功率点跟踪；扰动观察法Application of Improved Perturbation Observation Method inMPPT of PhotovoltaicCai Xiaoqing,Chen Xiaofang(Yanching Institute of technology,Langfang Hebei,065201)A b s t r a c t:In order to improve the power generation efficiency of photovoltaic cells, MPPT controltechnology is used. In this paper, based on the conventional perturbation observation method, a hysteresis comparison and area difference algorithm are proposed. The principle of MPPT control system based on Boost circuit is studied, and the MPPT simulation system is built in Matlab / Simulink.The feasibility of this method is verified by simulation. The results show that the improved MPPT algorithm can effectively suppress oscillations and stabilize the maximum power point quickly.K e y w o r d s:P h o t o voltaic power generation;Simulink simulation;MPPT;Perturbation observation method〇引言本文以分布式光伏发电系统为目标，在分析光伏电池输出特性的基础上，深入研宄M PPT控制理论，提出了一种改进的变步长扰动观察法，该算法是滞环比较法与面积差相结合，以面积差值作为扰动步长来确定扰动方向，使输出最大功率点的跟踪速度与精度满足系统要求。

基于改进型变步长扰动观察法的光伏系统MPPT研究

基于改进型变步长扰动观察法的光伏系统MPPT研究王硕禾;郑俊观;张国驹;张立园【摘要】In order to improve the efficiency of PV system,the maximum power point tracking control technology is required. The traditional variable step perturbation observation method which may slows down tracking speed and leads to the tracking dead zone when the external environment dramatically changes. Then an improved variable step perturbation observation method is presented that the perturbation step coefficient can be adjusted according to the changes in the external environment automatically. It can find a set of maximum stepsize△Dmaxand scale factor k to satisfy the problem of tracking under different light intensity at the same time. Finally, the simulation and experimental results show that the algorithm presented has faster dynamic tracking speed and higher steady-state tracking accuracy than that of traditional method and can effectively eliminate the oscillation and misjudge phenomenon near the maximum power point.%为了提高光伏系统的发电效率,需要运用最大功率点跟踪控制技术,文中针对传统变步长扰动观察法当外界环境剧烈变化时会造成跟踪速度变慢和存在一定跟踪死区的问题,提出了一种可以根据外界环境的变化情况自动调整扰动步长系数的变步长扰动法,解决了传统变步长不能找到一组最大步长△Dmax和比例因子K来满足不同光照强度下跟踪需要的问题,并通过仿真和实验对定步长扰动观察法、变步长扰动观察法和改进型变步长扰动观察法的跟踪效果进行了对比分析.结果表明,改进型扰动观察法具有良好的动态跟踪速度和稳态跟踪精度,能够有效消除定步长扰动观察法和传统变步长扰动观察法存在的不足,具有较好推广应用价值.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(043)003【总页数】12页(P1032-1043)【关键词】光伏电池;最大功率点跟踪;扰动法;变步长;跟踪死区;步长调整系数【作者】王硕禾;郑俊观;张国驹;张立园【作者单位】石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄 050043;新疆金风科技股份有限公司,新疆乌鲁木齐 830026;石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】TM6150 引言在新能源发电中，光伏发电因具有独特的优势备受各国研究人员的关注[1]。

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３．三峡大学，湖北宜昌４４３００２）
４３００７４；
ＡｎＩｍｐｒｏｖｅｄＶａｒｉａｔｉｏｎａｌＳｔｅｐＰｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎａｎｄＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＭｅｔｈｏｄ
—函
ＣｌｅａｎＥｎｅｒｇｙ
第２９卷第３期
２０１３年３月
电网与清洁能源
ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍａｎｄＣｌｅａｎＥｎｅｒｇｙ
Ｖｏ１．２９Ｎｏ．３Ｍａｒ．２０１３
ｗｉｔｈｌ警ＩａｓｔｈｅｓｔｅｐＶａｉ０ｎｃ。ｎｔｒｏｌｉｓｄｅｖｅｌ。ｐｅｄｉｎｔｈｉ８的研究，来提高光伏发电的转换效率。目前，国内外
ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｍｐｒｏｖｅｄｖａｉｒａｂｌｅｓｔｅｐｓｉｚｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｔｔｅｒｓｏｌｖｅｂｏｔｈｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｅｆｉｘｅｄｓｔｅｐｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｃｕｓｓｉｏｎｐｒｏｂｌｅｅｐ
Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＵｎｉｖｅｓｉｒｔｙ，Ｙｉｃｈａｎｇ４４３００２，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
途径，其采用太阳电池将光能转换为电能的方式，而且随着技术的不断进步，光伏发电有可能是最具发展前景的发电技术之一。
ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｂｓｅｖｒａｔｉ。ｎｗｈｏｓｅｓｔｅｐｉｓｔｈｅｓｌ。ｐｅｌ警ＩｔｈｅＰ－Ｕ
ｆｏｒＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇｉｎＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｙｓｔｅｍ
ＬＵＹｉ－ｌｏｎｇ，ＷＡＮＧＢｉｎ，ＣＨＥＮＤａｎ－ｐｉｎｇ
ｃｕｒｅｏｆｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃｃｅｌ１．ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｖａｉｒａｂｌｅｓｉｚｅｍｅｔｈｏｄ
然而，光伏电池价格昂贵和转换效率低，是光伏发电普及的一个很大的障碍，为了能获得高效的转换效率，就需要对光伏发电进行最大功率点跟踪已经研究出来常用的最大功率跟踪的方法有：恒定电压法、扰动观察法、电导增量法、神经网络法和模糊控制法。扰动观察法以其控制结构简单、硬件容易实现、跟踪效率较高，而被广泛地用作光伏发电
（１．ＪｉｎｇｍｅｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｊｉｎｇｍｅｎ４４８０００，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｙ，ｇ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｃｏｎｓｉｄｅｉｒｎｇｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｓｔｅｐｌｅｎｇｔｈｉｎｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｉｆｘｅｄｓｔｅｐｌｅｎｇ山ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｆａｕｌｔｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｓｔｅｐｌｅｎｇｔｈ
文章编号：１６７４ — ３８１４（２０１３）０３ — ００６４ — ０５
中图分类号：ＴＭ９１
文献标志码：Ａ
一
种改进的变步长扰动观察光伏发电ＭＰＰＴ控制方法
鲁贻龙１，王斌２，陈丹平３
（１｜荆门市供电公司，湖北荆门４４８０００；２．武汉科技大学，湖北武汉