基于变步长扰动观测法的风能并网系统MPPT算法研究
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]。
基于变步长的光伏系统MPPT算法研究
基于变步长的光伏系统MPPT算法研究沈实叠;姚维【摘要】最大功率点跟踪(MPPT)技术较大程度上影响着光伏逆变系统的效率,传统的定步长扰动观测法存在MPPT精度和跟踪速度之间的矛盾.文中提出了一种变步长的扰动观测法,并对该算法进行改进.在Simulink中搭建仿真模型,其中MPPT通过改变Boost变换器中开关管的占空比来实现.仿真结果表明该改进算法有效地提高了MPPT精度和跟踪速度.最后,在3 kW样机上采用该改进算法进行实验,验证了该算法的有效性.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2013(031)005【总页数】4页(P55-58)【关键词】光伏逆变;Boost变换器;最大功率点跟踪;变步长【作者】沈实叠;姚维【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM615.2目前世界上的非可再生能源日趋枯竭，光伏发电技术也越来越受到重视，光伏发电有可能是最具有发展前景的发电技术之一［1］。
太阳能光伏电池在不同辐照度，温度等条件下呈现不同的非线性曲线，可运行在不同且唯一的最大功率点上，使光伏电池工作在最大功率点可以最大限度地将光能转换为电能。
因此，最大功率点跟踪(MPPT)技术在整个光伏系统中是十分重要的［2］。
本文设计了一种变步长的扰动观测法来实现MPPT控制，并在此基础上对其算法进行改进。
1 系统模型如图1所示，系统采用两级式非隔离逆变器［3］，前级采用Boost变换器完成直流侧光伏阵列输出电压的升压功能以及系统的最大功率点跟踪，后级采用经典的单相全桥逆变器，完成并网逆变功能。
前后两级解耦并互相独立，方便控制。
系统采用TMS320F2808来进行控制，包括MPPT控制，直流母线控制和升压及逆变的脉宽控制等。
图1 两级式光伏系统框图Figure 1 Block diagram of two-stage photovoltaic system2 Boost变换器系统的升压部分采用Boost升压斩波电路。
基于功率预测的变步长扰动观测法MPPT研究
吴雷。高兴琳 （江南大学电气自动化研究所，江苏无锡２１４１２２） 摘要：针对光伏阵列输出特性，分析了传统扰动观测法的原理和不足。结合固定电压法和基于功率预测的变步长扰动观 测法．提出了一种新的控制算法。使用Ｍ削ａｂ，ｓｉｍｕＩｉｎｋ对该控制算法与传统扰动观测法进行了仿真比较。仿真结果表明 该算法有效地提高了系统最大功率点跟踪《ＭＰＰＴ）控制的动态响应速度和稳态跟踪精度。此外，该算法对光照强度突变 具有较强的抗干扰能力。能够更好地适应环境变化。 关键词：ＭＰＰＴ；固定电压法；功率预测；变步长；扰动观测法 中图分类号：－ｒＭ
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改进光伏并网发电的升压能力和提高电压质量有重要意义。
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参考文献：
统的ｈ唧，具有跟踪速度快、功率振荡小、日照剧烈变化不会
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５２７ 万方数据
发生误判等优点。
载特性，进行最大功率点跟踪。 传统的扰动观测法采用定步长扰动，在跟踪最大功率点 时存在动态响应速度和稳态精度相矛盾的问题。根据光伏电 池输出功率．电压特性曲线可知，在整个电压范围内，输出功 率曲线为一单峰曲线，且在远离ＭＰＰ时，功率变化较快，跟踪 步长应适当增大，以提高跟踪速度；在ＭＰＰ附近时，功率变化 较慢，跟踪步长应适当减小，以提高跟踪精度。同时当光照发 生突变时，光伏电池的工作点会从一条特性曲线转移到另一 条特性曲线上，若根据单一的特性曲线进行控制就有可能发 生误判，导致跟踪方向错误，严重时还会导致电压、功率崩溃。 针对以上提到的两点，本文对传统的扰动观测法进行两
基于变步长扰动观察法的MPPT仿真分析
基于变步长扰动观察法的MPPT仿真分析郭昆丽;宋小荣;张睿【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2014(000)006【摘要】Inordertotrackthemaximumpowerpointeffectivelyinphotovoltaicsystems,thi spaper sets up the simulation model of the PV module based on MATLAB/Simulink software and analyzes the non-linear output characteristics of the PV module according to its U-I,P-I and P-U characteristic curves.The variable step disturbance observation method,based on the dynamic characteristics of the PV module,is used to track the maximum power point.Simulation results indicate that this module can rapidly and stably track the maximum power point much better than the traditional methods.%为了更好地跟踪光伏发电系统的最大功率点，在MATLAB／Simulink环境下，搭建了光伏电池阵列仿真模型，根据其输出的U－I、P－I和P－U特性曲线分析了光伏电池阵列的非线性特性。
基于光伏电池的动态特性，采用一种变步长的扰动观察法来实现光伏电池阵列的最大功率点跟踪。
仿真结果表明，该方法能够快速稳定准确地进行最大功率点跟踪。
【总页数】5页(P80-84)【作者】郭昆丽;宋小荣;张睿【作者单位】西安工程大学电子信息学院，西安710048;西安工程大学电子信息学院，西安710048;西安工程大学电子信息学院，西安710048【正文语种】中文【中图分类】TM743;TP331【相关文献】1.基于变步长扰动观察法的MPPT仿真研究 [J], 宋雨桐;瞿谊;孙野;岑红蕾2.基于指数变步长扰动观察法的光伏MPPT控制策略 [J], 夏栋;徐耀良;王悦;陈鹏飞3.基于改进型变步长扰动观察法的光伏系统MPPT研究 [J], 王硕禾;郑俊观;张国驹;张立园4.基于变步长扰动观察法的光伏系统 MPPT 研究 [J], 董星雨; 王鹤; 王一鸣5.基于功率差变步长扰动观察法的MPPT控制算法 [J], 刘秋华;张秀锦;樊陈因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于粒子群融合变步长扰动观察MPPT算法研究
基于粒子群融合变步长扰动观察MPPT算法研究摘要：光伏阵列被云层局部遮挡，使得其功率-电压（P-V）曲线呈现阶梯状、多极值的形状，从而造成传统的最大功率点跟踪不起作用，陷入局部寻优，本文提出了一种可以快速、稳定并且能够全局寻优的最大功率点跟踪（MPPT）算法。
算法先将粒子群优化（PSO）改进，使得在一定的迭代次数下稳定地全局更新所有粒子的速度和位置，快速找到最大功率点（MPP）的大概位置，再利用改进的Fibonacci数列作为变步长扰动观察法步长改变的依据，快速接近和得到功率的最佳解[1]。
通过Simulink建立了仿真模型，与变步长扰动观察法、传统粒子群优化算法进行比较，验证了算法在精度与速度上有明显提升。
关键词：局部阴影；光伏阵列；最大功率点跟踪；粒子群优化；变步长0引言传统的算法有扰动观察法、变步长扰动观察法等，扰动观察法的优点是：跟踪速度快、参数检测的精度不必过高。
缺点是：在MPP处摆动较大；搜索速度明显变慢，实时性较差。
当云朵遮挡光伏阵列时，P-V曲线呈现出多峰值的形状，导致变步长扰动观察法等传统算法陷入局部最优，造成功率损失。
针对此问题，新的智能算法被提出。
在分析了上述情况后，本文提出了一种基于粒子群优化变步长扰动观察法的MPPT控制方法，先利用改进的粒子群优化算法在全局中追踪至MPP点附近，再使用以Fibonacci数列为步长的变步长扰动观察法精确的到达MPP处，最后在每一步的算法中均设计了可行的终止策略，以防陷入局部寻优以及在MPP附近摆动。
1局部阴影下光伏阵列特性分析1.1部分阴影遮挡下的光伏阵列模型当有阴影遮挡时，光伏阵列的模型如图1所示。
图1局部阴遮挡下3x4光伏阵列模型1.2部分阴影遮挡下光伏阵列的电气特性根据上述光伏阵列结构及已知光伏数学模型，在Matlab中搭建3x4的光伏电池，通过对多次仿真的比较，其主要的差别是输出P-V曲线由单峰变成了多峰。
图2 局部阴影下光伏阵列P-V曲线2最大功率点跟踪算法的提出2.1粒子群优化算法PSO算法在对全局参数优化的同时，也能够辨识每个做为解的粒子，解决优化与搜索的问题。
基于变步长滞环比较法的MPPT算法研究_徐高晶
基于变步长滞环比较法的MPPT算法研究徐高晶1陈 婷2徐 韬1（1.国网电力科学研究院南京南瑞智源电气技术有限公司，南京 210009；2.南京工业大学信息学院，南京 210009）摘要针对以往光伏发电系统太阳能最大功率点跟踪（Maximun Power Point Tracking，MPPT）算法的跟踪速度及精确度不理想的特点，提出了一种新颖的变步长滞环比较法，对传统扰动观测法存在的速度和精度的矛盾进行优化。
在Matlab/Similink下进行系统的建模与仿真，并进行实验分析。
结果表明，该方法能够显著提高MPPT跟踪的速度和精度。
关键词：最大功率点跟踪；速度；精度；变步长随着社会的发展，能源和环境成为人们面对的紧要问题。
太阳能作为一种广泛分布的清洁可再生能源有很好的应用前景[1]，其中太阳能光伏发电技术得到了大量研究和应用，在光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外，还受使用环境如辐照度、负载和温度等因素的影响。
在不同的外部环境下，光伏电池可运行在不同且惟一的最大功率点（Maximun Power Point，MPP）上。
因此对光伏发电系统来说，应当寻求光伏电池的最优工作状态，以最大限度的将光能转化为电能[2]。
目前常用的实现MPPT的方法有导纳增量法、扰动观测法等。
导纳增量法是利用光伏电池在MPP 处输出功率对电压的导纳为零来跟踪MPP，该方法控制效果好，控制稳定度较高，但是控制算法复杂，对采样的精确度要求很高[3]。
扰动观测法是根据光伏电池的输出功率的变化趋势来扰动光伏电池的输出电压，使光伏电池最终工作于最大功率点。
但振荡和误判问题的存在，使系统不能准确地跟踪到最大功率点，造成了能量损失[2]。
综上所述，以传统扰动观测法为基础提出的变步长滞环比较法不但在克服最大功率点跟踪过程中的振荡和误判方面均有较好的性能，且能兼顾到速度和精度的要求，更加准确地跟踪光伏电池的最大功率点，从而提高光伏系统的发电效率。
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
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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）
219321309_基于变步长扰动的光伏MPPT算法
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·34·2023年第11期文章编号：2095-6835（2023）11-0034-03基于变步长扰动的光伏MPPT算法吕阳（陕西东方航空仪表有限责任公司，陕西汉中723102）摘要：随着不可再生能源的枯竭，清洁能源的开发与利用成为未来的一种趋势。
太阳能作为其中翘楚，扮演着重要的角色。
然而目前的太阳能发电效率受到光伏光照强度、温度和负载等因素的制约。
首先介绍了光伏MPPT算法的工作原理，然后介绍了定电压法、扰动观测法、变步长的扰动观测法的算法思想，最后通过仿真验证了本文方法的有效性。
关键词：光伏发电；光照强度；温度；最大功率点追踪中图分类号：TM615文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.11.009近年来，随着经济复苏，各行各业都在飞快发展。
能源是保障及制约社会发展的重要因素。
若能源匮乏，将严重影响经济建设。
相较于其他可再生能源，如风能、水能等能源，受区域及特定环境影响。
太阳能的资源非常丰富，是新能源领域的翘楚，也是未来的一个大趋势[1]。
充分利用太阳能资源，对于缓解能源危机，保证社会发展有着巨大的意义。
当下，利用太阳能发电就要提高太阳能电池的工作效率。
研究发现，光照强度和温度参数会限制太阳能电池的工作效率。
并不是如惯性思维所认知的：光照强度越强，温度越高，太阳能的发电效率就越强。
而是当太阳能发电系统满足特定条件时，太阳能电池才会保持最大输出功率。
因此，如何提升太阳能发电效率，是新能源领域的热点问题。
目前，业内公认使太阳能电池在最大功率输出的技术被称之为MPPT （Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪）控制技术[2]。
通过MPPT算法的控制，可以提高太阳能利用率，解决一系列的能源问题。
此类算法均是通过了解太阳能电池基本特性，采集太阳能电池的电压、电流，推算太阳能最大功率点，加以控制算法调控，以实现最大功率追踪，提升太阳能系统的效率。
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关 键 词 ： Ｐ Ｔ； Ｍ Ｐ 直驱 式 永 磁 同步 发 电机 ； Ｔ Ａ Ｓ ｌ ｋ ＭＡ Ｌ Ｂ／ ｉ ｉ ｍｕ ｎ 中 图分 类 号 ： Ｍ６ ４ Ｔ １ 文献 标 志码 ： Ａ 文章 编号 ￣ ０ ５ ２ ０ （ ０ １ ０ — ０ ４ ０ ２ ９ — ８ ５２ １ ）６ ０ ６ — ５
收 稿 日期 ：０ １０ — ０ ２ １－ ６ １
第 ６期
张 惠珍 ， ： 于 变 步 长 扰 动 观 测 法 的风 能 并 网系 统 ＭＰ Ｔ算 法 研究 等 基 Ｐ
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１ 最 大功率点控制策 略 ２ 最大功率点控制策略
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第 ６期
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基于变步长扰动观测法的风能并 网系统 ＭＰ Ｔ算法研究 Ｐ
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图 １ 直 驱 型 风 力 发 电 系 统 结构 拓扑 图
确 的最 佳 功 率 曲线 ，而 且测 量 风 速需要 风速 计 ， 增 加 了系 统成本 圈 。 基于此 ， 本文 以“ 山法 ” 爬 最大 功率 点 跟 踪 法 为 核 心 思想 ，提 出 以双 Ｂ Ｏ Ｔ前 端 电压作 为控 制量 Ｏ Ｓ
式 中：
为风 速一 定 时 ，发 电机 可得 到 的最
Байду номын сангаас
大转 矩 ； 为 风 轮旋 转 的角 速度 （ ｄｓ； 为风 力机 ｒ／ Ａ ａ ） 的 扫 掠 面 积 ； 为风 力 机 的半 径 ； 空 气 密 度 ； ｐ 尺 ｐ是 Ｃ 是风 能 利 用 系数 。 即风 力 机将 风 能 转换 为 机 械 能 的
动机 转矩 ， 控制 电磁 转矩 ， 可 以控制 转速 。控 制发 就 电机 整流 后 的 电压 和 电流就 可 以控制 电磁转 矩 。确
定好 系统 参 数 以后 。 有 一 条 确 定 的 功率 、 流 电 就 直
压 、直流 电 流和 转速 对应 的最 佳 工作 曲线 ，如 图 ４
效 率 。 照 贝兹极 限 ， 最大 值为 ０５ ３ 而 与风 按 ． 。 ９
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引言
随着 能源 问 题 的 日益严 峻 ， 再 生 能源 得 到 了 可
图 １ 示 的拓 扑 。已是 一 种 普 遍 的 配 置 。 双 所 Ｂ Ｏ Ｔ电路 可使 风 力 发 电 机 在 比较 宽 的调 速 范 围 Ｏ Ｓ
内运 行 ， 电流 纹 波较 小 ， 能 满 足 快 速 瞬 态 响 应 的 又
越 来越 多 的重视 。在各 种 政 策 的激励 下 ， 能 作 为 风
最 有 开 发利 用前 景 的 清洁 能 源 ， 得 到 了快 速 地 发 也 展【 ” 。风能 发 电系统 （ Ｇ ） ＷＰ Ｓ 已成 为最有 效率 的一种
要 求 。本 文就是 采用 此拓 扑 。
由于 风速 变化 无 常，导致 风 力机 偏离 最佳 工作
摘 要 ： 立 了 包含 风 机 、 磁 同步 发 电机 、 ｂ ｏｔ 建 永 双 ｏ ｓ 电路 以及 逆 变 电路 的整 个 直驱 式 风 力 发 电 系统 的 仿 真 模 型 。
基 于 风 力机 的运 行 特 性 ， 出 了一 种 ＭＰ Ｔ 算 法 ， 算 法 以 双 ｂ ｏｔ 提 Ｐ 该 ｏ ｓ电路 的输 入 电压 为控 制 变量 。 ＭＡＴ Ａ ７６的 在 ＬＢ ． ｓ ｌｋ平 台下进 行 了仿 真 ， 真 结 果表 明 了该 算 法 的 正 确 性 ， 机 实验 也 证 实 了该控 制 策 略 的 有 效 性 。 ｉ ｉ ｍｕ ｎ 仿 样
的变步 长控 制方 法 。在偏 离最 大功 率点 时用 大步长 控 制 ， 接 近最 大 功率 点 时用 小 步长 控制 以减 少振 在 荡 。仿 真 和实验 结果 表 明 ， 用变 步长 ， 采 能够 改善最
大 功率 点 的振 荡 ， 减少 能量 损 失 ， 高 能 量 转 换 效 提
率。
力 机 的 叶尖 速 比 Ａ以及 桨 叶距 角 有 关 ， 尖速 比 叶
Ａ的定 义为 Ａ ｏ ／ 。 ＝Ｊ ｖ Ｒ Ｃ 与 Ａ的关 系 曲线是 风 力机 的基本 性 能之 一 ， Ｐ
所 示［ 因此 可 以 以直 流 电压 为 控 制 信 号 ， 节 转 ６ １ 。 调
速。 获得 最佳 叶尖 速 比 。
额定功率、 电压 、电 流