固定电压法与改进电导增量法结合的光伏发电系统最大功率点跟踪
电导增量法实现光伏系统的最大功率点跟踪控制
电导增量法实现光伏系统的最大功率点跟踪控制作者：黄瑶黄洪全来源：《现代电子技术》2008年第22期摘要：最大功率点跟踪控制是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。
介绍光伏并网系统的结构，通过对太阳能电池功率电压曲线的分析，结合光伏并网系统的特性和太阳能电池的最大功率点的跟踪原理，提出一种采用电导增量法来实现光伏系统的最大功率点跟踪的方法。
此方法控制精确、响应速度比较快，适用于大气条件变化较快的场合。
关键词：太阳能；光伏系统；最大功率点跟踪；电导增量法中图分类号：TM615；TP274文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)2201802Maximum Power Point Tracking Control Method Based on Incremental ConductanceHUANG Yao,HUANG Hongquan(College of Electrical Engineering,Guangxi University,Nanning,530004,China)Abstract：Maximum Power Point Tracking(MPPT) is one of the important problems for the photovoltaic system.This paper introduces the construction of photovohaic system.A type of maximum power point tracking control method is proposed using incremental conductance based on the analysis of the photovohaic cell′s P-V curves,associating it with photovohaic grid-connected inverter′s characteristics and mechanism of MPPT.This method can make the control accurate and response pace speedy.Keywords：solar power;photovoltaic system;maximum power point tracking;incremental conductance能源紧缺,环境恶化是日趋严重的全球性问题。
基于恒压法结合变步长电导增量法的最大功率点跟踪
基于恒压法结合变步长电导增量法的最大功率点跟踪王志兵【摘要】针对光伏发电系统的最大功率点跟踪(MPPT)原理进行了详细的分析和阐述,介绍了常用的电导增量法的优缺点,在此基础上提出了基于恒压法结合变步长电导增量法的最大功率点跟踪算法.通过Matlab/simulink进行系统仿真,给出了光照突变时电导增量法和恒压法结合变步长电导增量法的最大功率点跟踪曲线.实验结果表明,该改进的算法具有更优的系统响应特性和稳态特性.%Based on analying the principle of maximum power point tracking in photovolatic energy generation system, the merit and shortcoming of the disturbance observation are introduced. Then it brings up the improved incond method based on the maximum power tracking algorithm. Through simulation by Matlab&simulink, it gives the maximum power point tracking curve when the illumination are changing. The experimental results show that the improved incond method has the better system and steady-state response characteristics.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)019【总页数】5页(P4638-4642)【关键词】光伏;MPPT;电导增量法;Matlab;系统仿真【作者】王志兵【作者单位】扬州晶旭电源有限公司,扬州市太阳能光伏发电系统工程技术研究中心,扬州225127【正文语种】中文【中图分类】TK513.1能源危机已严重影响着人类经济的发展，光伏发电以其独特优势受到了人们的青睐［1，2］。
光伏系统最大功率点跟踪技术综述
光伏系统最大功率点跟踪技术综述摘要：随着我国光伏太阳能发电的快速健康发展，怎样进一步提升光伏发电的效益已成为了一个目前相当的热门研究的问题。
针对光伏电池非线性输出特性存在最大输出功率的问题，需要迅速精确地跟踪输出最高功率点。
根据最大功率跟踪存在的问题，对扰动观察法和电导增量法、模糊控制法等最大功率跟踪技术加以总结。
对不同算法的原理、优缺点、研究现状和应用领域等进行分析，为现阶段国内光伏并网控制器的发展提供了参考。
关键字：最大功率追踪；算法分析，光伏发电近年来，随着能源的紧缺，推进“双碳”工作是实现可持续发展的迫切需要。
人们对清洁和环保的能源越来越重视，而太阳能作为一种储量丰富和无污染的能源，已成为人们的研究热点。
在大规模光伏系统中，要提高光电系统的效率，必须使用最大功率点追踪技术，从而达到最大功率点的目的。
文章对 MPPT的最新进展进行了总结，并对各种算法的原理、现状和特点进行了分析。
最后，对最大功率点跟踪技术进行了展望。
1传统的MPPT算法1.1定电压跟踪法定电压追踪法是光伏电池的最大功率输出点大致对某恒定电压，将光伏电池输出电压控制在该输出电压点处，这时候光伏电池输出功率作为最大功率点。
另外，在相同的温度条件下，每条曲线的最大输出功率点都接近于同一垂线的两边，可以将其看作是一条垂直的电压线。
这种方法可以使 MPPT的控制方案大大简化，只需要从光伏电池的参数表中求得开路电压U0，使其输出电压保持在U0以下，从而将最大功率跟踪变为恒压跟踪。
CVT控制具有控制方法简单、可靠稳定性高和功率利用率高等特点。
然而，该方法没有考虑到温度对开路电压的影响。
当光伏系统的输出功率随温度而改变时，会使其输出功率偏离最大输出端，从而造成更大的功耗损耗。
尤其是在某些条件下，其伏安特性曲线与设计的工作电压不相交，甚至会造成系统的振动。
1.2扰动观察法扰动观察法工作原理是：如果将光伏电池输出一个ΔI或ΔU来引起系统的干扰，然后通过测量和计算输出功率的变化趋势，通过对比结果来调节扰动方向。
光伏发电系统最大功率点的跟踪方法研究
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｍ６１ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ — ５ （ ０ ９） ６ ０ ７ ２ ６ ２ ０ ４７ ２ ０ ０ —０ ８ —０
当今 社 会 能 源 日益 紧 张 ， 境 污 染 日趋 严 重 ， 阳 能 以 其 环 太 清 洁 无污 染 取 之不 尽 用 之 不 竭 的特 点 ， 来 越 受到 全 世 界 的 关 越 注。 光伏 电池 的输 出为 非 线性 特 性 ， 出功 率 受 工作 电压 、 照 输 光 强度、 负荷 状 态 和 环 境 温 度 等 因素 的影 响 ， 阳 能 电池 输 出 的 太 最 大功 率 点 时刻 都 在 变化 。 所 以在 实 际 应 用 中 ， 用 最 大 功 率 利
点跟 踪 技 术 提高 对 太 阳 能 的利 用 效 率 。 最 大 功 率 跟 踪 控 制 （ －ｈ ｘｍ ｍ ｐ ｗ ｒｐｉｔ ＭＰ ｔｅｍａｉ ｕ ｏ ｅ ｏｎ ｔ ｃ ｉｇ是 一 种 光伏 阵列 功率 点控 制 方 式 。 过 实 时检 测 光 伏 ｒ ｋｎ ） ａ 通 阵 列 的 输 出功 率 ， 用 一 定 的 控 制 算 法 ， 断 调 节 系 统 的 工 采 不 作 状 态 ， 跟 踪 光 伏 阵 列 的 最 大 功 率 点 ， 现 系 统 的 最 大 功 来 实
合法。
一
工作 时 ， 隔 一 定 的 时 间 用较 小 的步 长 改 变 太 阳能 电池 的输 出 每 电压 ， 向可 以是 增 加 也 可 以是 减 少 ， 检 测 功 率 变 化 方 向 ， 方 并 来 确 定 寻 优 方 向 ， 果 输 出 功 率 增 加 ， 么 继 续 按 照 上 一 周 期 的 如 那 方 向继 续 “ 扰 ” 否则 改 变其 扰 动 方 向 。其 算 法 流 程如 图 ２所 干 ， 示 ， （ ） （ ） 光伏 阵列 的 当前 输 出 电压 、 出 电流 ，（＿ ） Ｕ ｋ、 ｋ为 Ｉ 输 Ｐ ｋ １为 上 一 周 期 的采 样 值 。 由于 始 终 有 “ 扰动 ” 存 在 ， 的 系统 工 作 点 无 法 稳定 运 行 在 最 大 功 率 点 上 ， 能 在 最 大 功 率 点 附 近振 荡 运 行 ， 只 而振 荡 的 幅值 则 由步 长决 定 。 然 而 扰 动 步 长 如 果 过 大 ， 在 最 大 功率 点 附 近 则 的振 荡就 比较 大 ， 应 的功 率 损 失较 大 ， 相 但跟 踪 的速 度 快 ： 反 相
基于改进型电导增量法的光伏系统最大功率点跟踪策略
基于改进型电导增量法的光伏系统最大功率点跟踪策略王仁明;张癸滨;王凌云【摘要】根据光伏电池的数学模型,通过Matlab仿真分析了光伏电池在不同光照强度下的U-I、U-P输出特性.针对定步长电导增量法与梯度式变步长电导增量法存在的跟踪速度与稳态精度间不协调以及动态响应能力差的缺陷,提出了一种基于梯度式变步长电导增量法的改进型控制算法,并通过Matlab平台对其进行仿真验证.仿真结果表明,提出的改进型跟踪算法具有追踪速度快,稳态波动小的特点,并且在外界条件改变的情况下具有良好的动态性能.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(041)002【总页数】6页(P78-83)【关键词】光伏电池;MPPT;电导增量法;改进型跟踪方法【作者】王仁明;张癸滨;王凌云【作者单位】三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;三峡大学新能源微电网湖北省协同创新中心,湖北宜昌443002【正文语种】中文【中图分类】TM615+.2太阳能由于其清洁、长久、潜力大的特性越来越得到人们的广泛关注与认可,光伏电池作为以太阳能为主要能源的产品,拥有了传统电池所不具备的清洁、持久的优点.然而由于受到光伏电池板的采集与转化能力的限制,光伏电池的光电能转换效率仅不超过20%[1].输出功率随着光照度强弱和环境温度的不同而变化,功率和电压的非线性特性有它自己的最大工作点.因此,为了维持光伏电池的最大输出功率,最大功率点跟踪技术便成为了光伏系统研究中不可或缺的内容.目前比较主流的MPPT(maximum power point tracking)算法主要包括恒电压追踪法[2]、扰动观察法[3]、传统定步长电导增量法[4-5]以及变步长电导增量法[6].其中,恒电压追踪法虽然稳定性好但不具备动态性能,在外界条件变化时无法继续完成最大功率点的跟踪.扰动观察法具备一定的动态性能,但追踪过程中于最大功率点附近电压扰动方向极易发生误判,稳态精度难以满足需求[7-8].传统电导增量法相对于扰动法的稳态精度更高而且具有一定的动态响应能力,但仍然存在追踪速度与稳态精度难以兼顾的问题.变步长电导增量算法一定程度上弥补了传统电导增量法的缺陷,能够在保证追踪速度的前提下减小最大功率点邻域内的稳态波动,但在外界条件发生改变的情况下容易造成误判,导致功率逐渐偏离最大点甚至引发功率崩溃. 因此,本文提出了一种基于电导增量法的改进型MPPT算法,这种算法能够有效克服追踪精度与最大功率点邻域功率稳定性的矛盾,完成对最大功率点快速追踪的同时几乎能消除稳态的功率波动,在外界条件发生变化时能够准确识别步长方向并迅速调整步长完成再次追踪.通过Matlab仿真验证,所提出的改进型电导增量法能够快速稳定地追踪最大功率点并且在外界条件变化的情况下具有良好的动态性能.1 光伏电池基本原理与电气特性光伏电池的等效电路如图1所示.图1 光伏电池等效电路由光伏电池的电力电子学理论可知结合公式(1)～(3)可得:其中,I为光伏电池的输出端电流;I ph为光生电流强度;I 0为反向饱和电流;q为电子电荷;U为电池的输出电压;R s为串联电阻;R sh为并联电阻;A为二极管的理想因子且1＜A＜5;k为玻尔兹曼常数;T为电池温度.式(4)是将光生电流等价为理想直流电源时得出的方程[9],多用于光伏电池的理论分析.由于式中参数I 0、A、R s、R sh的值均与光照强度和电池温度有关,而光照强度和电池温度是随机变化的,所以其数值难以准确测量,因而工程上采用的PV电池模型对上式做出了相应的简化,并提出了以下参数关系[10]:其中,I m、I sc、U m、U oc 为给定电池型号下能够唯一确定的4个参数.式(5)描述的是光伏电池在标准温度T ref=25℃,标准辐照度S ref=1 k W/m2下的特性关系.由于实际应用中需要考虑外界环境对电池特性的影响,因此引入参考系数来表征不同环境下的PV电池特性曲线.设定实际情况和标准情况下的辐照度差和温度差分别为ΔS和ΔT,结合式(5)得出不同外界条件下的参数关系表达式,见式(6):光伏电池的功率为P=I×U.参数α、β、γ值的选取见文献[11],即α=0.002 5℃、β=0.5、γ=0.002 88/℃.将式(6)中的PV电池参数代入式(5)中,可得到表征不同环境下PV电池特性的关系式.选取电池的主要参数为:开路电压U oc=42.48 V,峰值电压U m=35.28 V,短路电流I sc=3.21 A,峰值电流I m=2.84 A.利用Matlab平台对光伏电池特性仿真,得到在温度相同而光照强度不同情形下的P-U,I-U非线性特性曲线,如图2所示.由图2(a)可以看出,在相同的输出电压下,光伏电池的输出功率会随着光照强度的提升显著增大;最大功率点对应的输出电压值与开路电压会随着光照强度的提升小幅度增大.由图2(b)可以看出在相同的输出电压下,光伏电池的输出电流会随着光照强度的提升显著增大;最大功率点对应的输出电流值与截止电流会随着光照强度的提升小幅度增大.说明了光照强度的变化会极大程度上对光伏电池的输出特性造成影响.图2 不同光照强度下的光伏电池特性曲线2 MPPT算法研究分析与改进当太阳辐射条件不变时,PV电池的P-U特性展示出唯一的最大功率点.但由于太阳辐射条件和环境温度是不断变化的,因而MPP也将会相应地改变,这就需要MPPT 控制算法来保证快速地跟踪变化的MPP,使得PV电池电能转化最大化.电导增量法是一种最基本的跟踪算法,它具有跟踪准确性高,在环境快速变化时的跟踪性能好等优点.2.1 定步长电导增量法定步长电导增量法通过比较光伏电池的电导变化量d I/d U和电池电导的负值-I/U 来实现最大功率点追踪.光伏电池的输出功率可表述为:将式(7)两侧对电压U求导,可得从图2(a)可以看出,d P/d U的值与光伏电池输出功率的值存在一一对应关系.当系统处于最大功率点时,d P/d U=0,结合公式(8)可得在最大功率点追踪的过程中,光伏系统首先通过比较电池的电导变化量d I/d U和电池电导的负值-I/U是否相等来判定系统是否位于MPP.当两者不相等时,光伏系统可通过两者相对大小关系判定当前时刻下输出功率与最大输出功率间的位置关系并施加相应的扰动电压使输出功率逼近最大功率点.当系统已经工作于最大功率点后,若外界环境不发生改变,系统会稳定工作于MPP.当外界环境发生改变时,系统通过此刻d I与0的相对大小关系判定MPP的移动方向并施加相应的扰动电压逼近新的最大功率点.其控制策略流程图如图3所示.图3 电导增量法控制策略流程图定步长电导增量法的优点在于稳定并且拥有一定的动态追踪性能.但是其缺陷是可能造成误判.如图4所示,a,b点分别为k时刻,k+1时刻的工作点,当光照强度在k时刻从S=1 000 W/m2降低到S=800 W/m2时,按照定步长电导增量法的判定法则,电池电压变化量d U=U k+1-U k＞0,功率变化量d P=P k+1-P k＜0,则有d P/d U＜0,因此,下一步的电压扰动方向向左.但在图4中新状态下的最大功率点P max 明显位于工作点右侧,此时系统误判使输出功率偏离最大点.图4 光照突变时步长方向误判同时,定步长的电导增量法为了保证追踪速度和动态响应能力,稳态的精度必然会受到影响,反之亦然.由于采用的电压扰动步长恒定,当步长取值偏小时会导致追踪时长变长,严重影响系统的追踪速度.当步长取值偏大时虽然追踪速度变快,但于最大功率点处波动值会变大,严重影响追踪的精度与系统稳定性.图5为步长偏大时定步长电导增量法的输出功率曲线,在t=1.5s时刻光照强度由S=1000 W/m2降低到S=800 W/m2,图6为同样条件下采用变步长算法时光伏电池输出功率崩溃曲线.图5所示定步长电导增量法在外界条件变化的情况下完成了二次追踪,但最大功率点处稳态波动明显偏大,说明该方法追踪精度受到了较大的影响仍然有待改进.仿真结果验证了上述定步长电导增量法的特点.可以看出,这种方法虽然具有动态的追踪能力,但是依然存在追踪速度与精度之间的矛盾以及步长方向误判的缺陷.图5 光照突变下电导增量法功率输出曲线2.2 梯度式变步长电导增量法由于定步长电导增量法存在缺陷,研究者们对该方法进行改进,提出了梯度式变步长电导增量法[12-13].梯度式变步长电导增量法是在电导增量法的框架上引入了一个变步长系数,该系数与功率变化率有关.可以表达为:这种方法能够实时根据距离最大功率点的位置调整电压步长ΔU的大小,能够比较好地解决追踪速度与稳态精度之间的矛盾.但这种方法也存在某种缺陷,以采用的变步长法则为例说明,如图7所示.当U k与U k+1位于最大功率点P max所对应最大点电压U max的邻域时将无限趋近于1.此时电压步长几乎不再收敛,电压将在U k与U k+1间重复循环扰动.由变步长算法表达式(8)可知,后一步电压步长ΔU k+1与前一步步长ΔU k密切相关,当外界条件发生变化时,的值将会随之发生剧烈变化,严重时将导致如图6所示的电池功率崩溃.图6 光伏电池功率崩溃图7 MPP邻域电压步长不收敛示意图2.3 改进型梯度式变步长电导增量法为了弥补目前MPPT策略中的缺陷,让系统能够快速稳定地追踪到最大功率点并且拥有良好的动态跟踪性能,本文提出了一种基于梯度式变步长电导增量法的改进型MPPT跟踪方法.设定突变电流参考值I ref为0.2I m,通过比较abs(d I)与I ref的大小关系作为判定外界条件是否发生变化的判据[14].在追踪最大功率时采用如下步长控制策略:当电压越过最大功率点对应的电压时,扰动电压的步长大小减半,方向改变,然后重复执行可在不影响追踪速度的前提下减小稳态电压波动.同时,当系统判定外界环境发生变化时会立即将小步长恢复为初始步长并判断出正确的最大功率点偏移方向.图8为改进梯度式变步长电导增量法的流程图,其中a为趋近于0的任意极小值常数,图9(a)为采用改进型算法的MPPT控制策略,在t=1.5s处,光照强度由S=1000W/m2降低到S=800 W/m2时,输出电压曲线与输出功率曲线波形仿真图;图9(b)为改进型算法与传统电导增量法的波形对比图.图8 改进型梯度式变步长电导增量法流程图图9 改进型控制策略仿真波形由图9可看出改进后的跟踪方法能够快速稳定地追踪系统的最大功率点并于最大功率点处保持良好的稳定性,当光照强度变化时光伏电池功率迅速稳定于新的最大值点.而传统跟踪方法于t=1.5 s处发生了明显的误判,且曲线趋于稳定后振幅依然较大.为了更加具体地表述功率曲线的特征与性能,现将光照条件改变后1 s内两条功率曲线上的每一个功率点的代数值以及对应时刻作为数据样本.将功率曲线进入周期后样本功率点的代数平均值记为稳态平均功率;将从光照条件变化时刻至功率曲线进入第一个周期时刻经历的时长记为系统恢复稳定时间t p;将功率曲线进入周期后样本功率点与差值的平均值记为曲线平均幅值;将功率曲线最高点与最低点对应的代数值分别记为最大功率点P max与最小功率点P min.传统电导增量算法与改进后的算法对应的参数数值见表1.表1 功率曲线参数对照表参数传统电导增量法改进算法稳态平均功率P/W 54.48 55.26系统恢复稳定时间t p/s 0.062 0.038曲线平均幅值P m 1.012 0.021最大功率点P max/W 55.64 55.68最小功率点P min/W 44.72 54.86由表1可以得出,改进算法的稳态平均功率相较于传统算法提升了1.43%,曲线平均幅值缩小了接近50倍,减小了由于传统算法功率波动造成的功率损耗.在光照条件变化的情况下系统恢复稳定所需的时间相较于传统算法缩短了38.71%,能够让光伏系统的输出功率更快速地回到最大值附近.同时,由于改进算法引入了电流参考值作为防止电压步长方向误判的判据,光照条件变化时系统的最小功率点功率相较传统算法提高了22.67%.从以上数据可以看出,改进后的算法在减小稳态波动,防止功率损耗,提高动态追踪速度以及防止电压步长方向误判上均有明显的改进效果.3 结论本文讨论了光伏电池系统的最大功率跟踪方法.针对电导增量法存在的缺陷,提出了一种基于电导增量法的改进型控制策略.该策略具有在固定外界条件或光照强度突变的情况下均能快速稳定地追踪到最大功率点的能力;在稳态时能抑制电压扰动趋于极小值,保证光伏系统的稳定运行.仿真结果验证了该方法的有效性.参考文献:【相关文献】[1] 翁珏.光伏系统不均匀光照下MPPT技术与储能监测研究[D].重庆:重庆大学,2014.[2] Femia N,Petrone G,Spagnuolo G,et al.Optimization of Perturb and Observe Maximum Power Point Tracking Method[J].IEEE 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固定电压法结合电导增量法在光伏发电最大功率点跟踪控制中的应用
（ ｏｌ ｅｏ ｌｃ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇＸｉ ｉ ｇ ｉｅｓｙＵｒｍｑ ８ ０ ４ ， ｈｎ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅｔｃ ｇｎ ｅｉ ， ｎ ａ ｖ ｒｉ ， ｕ ｉ ３ ０ ７ Ｃ ｉａ ｅ Ｅ ｒ ａＥ ｎ ｊ ｎ Ｕｎ ｔ
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中图分类号： Ｍ６ ５ Ｔ １
文献标识码： Ｂ
文章编号：２９２ １（０ ０—０３０ ０ １—７３２ １）６０２ — １ ５
０ 引言
在太 阳能光伏 发电系统 中，光伏阵列输 出特
性具有非线性特征 ，输 出电压 和输出电流随着光 照强度 、温度、外界环境及负载的变化而变化 ， 为 了实时的从光伏 阵列获得最大的输出功率 ，提 高系统的整体效率 ，通常实现最大功率点跟踪 的 方法就是在光伏 阵列和负载之间串联最大功率点
基于改进电导增量法的光伏电池最大功率跟踪
基于改进电导增量法的光伏电池最大功率跟踪摘要：为有效提供高光伏电池利用效率，本文提出了基于改进电导增量法的最大功率跟踪控制方法。
通过Matlab/Simulink仿真表明改进的电导增量法可以实现最大功率跟踪，并在外界环境变化时快速跟踪到光伏电池最大功率点。
关键词：光伏模型；改进的电导增量法；最大功率跟踪；仿真Abstract: In order to improve efficiency of PV, MPPT based on improved incremental conductance is presented. The Matlab/Simulink simulation shows that the maximum power point of PV can be tracked with improved incremental conductance, and can be tracked fast when external environment changes.Keywords: PV module; improved incremental conductance；MPPT; simulation引言太阳能光伏发电作为一种新能源发电技术，由于其具有无污染、安装地点灵活、资源丰富等优势而受到世界各国的青睐[1]。
但光伏电池输出功率的大小受周围环境影响比较大，特别是光照强度和温度的影响，所以如何提高其利用效率一直是各国研究的重点，最大功率跟踪（MPPT）控制技术便应运而生。
现在普遍使用的MPPT包括定电压法、扰动观察法、电导增量法[2]等。
对于扰动观察法，其控制方法比较简单，但跟踪步长固定，不能兼顾跟踪精度和响应速度，且在最大功率点附近振荡运行会造成一定的功率损失[3]。
电导增量法具有比较好的跟踪精度，输出电压能以比较平稳的方式跟踪最大功率点，但其跟踪步长也是固定不变[4]，存在与扰动观察法一样的问题，为此本文，通过设定功率随电压变化率门槛值、改变跟踪步长实现最大功率跟踪，并进行了仿真验证。
光伏电池最大功率点跟踪控制方法的对比研究及改进
光伏电池最大功率点跟踪控制方法的对比研究及改进摘要：光伏发电系统中光伏电池的输出特性具有唯一的最大功率点(MPP)，需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪(MPPT)。
文中分析了几种常见的最大功率点跟踪控制方法，对比分析了它们的优缺点。
针对MPPT控制方法中存在的启动特性较差、跟踪过程不稳定、精度不高等特点，采用一种改进爬山法，该法以恒定电压法作为启动特性及采用变步长进行跟踪控制，并利用Matlab/Simulink搭建了改进爬山法的MPPT控制模型，仿真结果验证该方法的有效性。
关键词：光伏发电;最大功率点跟踪;改进爬山法面对日益枯竭的化石能源和不断恶化的生态环境，人类需要进行第三次能源结构转换，从矿物能源向可再生能源转换，用可再生能源替代矿物能源，用无碳能源、低碳能源替代高碳能源[1]。
为降低对传统能源的依赖，世界对新型能源的重视越来越高。
太阳能是最具潜能的新能源形式之一，其中光伏发电是太阳能利用的有效方式之一。
光伏发电具有许多优点，如：安全可靠，无噪声，无污染，能量随处可得，无需消耗燃料，不受地域限制，规模大小随意，无需架设输电线路，可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是常规发电和其他发电方式所不可比拟的[1]。
在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，达到充分利用太阳能资源的目的，一个重要的途径就是实时调节光伏电池的工作点，使之工作在最大功率点附近，这一过程就称为最大功率点跟踪[2]。
1 光伏电池模型及输出特性1.1 光伏电池的数学模型在光照强度和环境温度一定时，光伏电池既非恒压源，也非恒流源，也不可能为负载提供任意大的功率，是一种非线性直流电源。
其等效电路如图1所示[1,3]。
图1中，UJ为PN 结电压，Id为光伏电池在无光照时的饱和电流，Id=Io{EU+IRS) nKT-1}.一个理想的太阳能电池，由于串联电阻RS很小，旁路电阻Rsh很大，所以在进行理想电路的计算时，它们均可忽略不计。
由图1的太阳能光伏电池等效电路得出：I=Iph-I0[eq(U+IRS) nKT -1]- U+IR R s sh(1)式中，I为光伏电池输出电流;I0为PN结的反向饱和电流;Iph为光生电流;U为光伏电池输出电压;q为电子电荷，q=1.6伊10-19 C;k为波尔兹曼常数，k=1.38伊10-23 J/K;T 为热力学温度;n为N结的曲线常数;Rs，Rsh为光伏电池的自身固有电阻。
自适应变步长电导增量法的最大功率点跟踪控制
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆ ｏ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ９ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
关键词 ： 跟踪控制 ；电导增量法 ； 最大 功率 点跟踪 ； 光伏
中 图分 类号 ： Ｔ Ｍ６ １ ５ ； Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ６— ４ ７ ２ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３－ ０ ２ ３ ５— ０ ５
Ｍ ＰＰＴ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｕｓ ｉ ｎｇ Ａｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｖａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ Ｓ ｔ ｅ ｐ Ｓ ｉ ｚ ｅ Ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｃｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ
摘 要 ： 针对 光伏发 电系统最大功率 点跟 踪控制 ， 提 出了固定 电压和 自适应变步长电导增量相结合的方法． 该 方法首先采用 固定 电压法将光伏阵列 的工作点调整 到最 大功率点附近 ， 然后启动变 步长 电导增量法实 现精确
的最大功率点跟踪控 制． 仿真结果证 明 ， 该 自适应变步 长电导增量 法能够快 速 、 准 确地跟踪 最大功率 点 ， 避 免 了最大功率点处 的振 荡 ， 提高 了系统稳定 性和能量转换效率 ．
ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ． Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｉ ｔ ｎ ｇ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｌ ｙ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ（ ＭＰ Ｐ） ｏ ｆ Ｐ Ｖ ａ ｒ ｒ ａ ｙ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｉ ｚ ｅ
基于改进电导增量法的光伏最大功率点跟踪控制方法[发明专利]
专利名称：基于改进电导增量法的光伏最大功率点跟踪控制方法
专利类型：发明专利
发明人：杨旭红,尹聪聪,吴斌,孙克帅,张云飞,陈昊,刘洋
申请号：CN201810434954.1
申请日：20180508
公开号：CN108628385A
公开日：
20181009
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种基于改进电导增量法的光伏最大功率点跟踪控制方法，采用于改进变步长与非对称模糊控制相结合，在最大功率点附近非对称模糊控制，在不到最大功率点时间段，采用改进变步长控制。
有效地削弱系统在最大功率点周围的振荡现，能够在保证系统正常运行的前提下，提高稳定性、跟踪精度和响应时间，同时有效地削弱系统在最大功率点周围的振荡现象，保证整个光伏发电系统安全可靠的运行，适合于分布式新能源光伏发电系统，并且可推广到其它新能源最大功率点控制方法当中。
申请人：上海电力学院
地址：200090 上海市杨浦区平凉路2103号
国籍：CN
代理机构：上海申汇专利代理有限公司
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（ 国网北京顺 义供 电公 司 ， 北京
摘
１ ０ １ ３ ９ ９ ）
要： 由于 光 照 强度 、 光 伏 阵列 温 度 、 负载 时 时 变 化 ， 使 光 伏 电池 阵 列 的 最 大功 率 点 也 发 生 变 化 ， 需 采 用 适 当 的 最 大
功 率 点跟 踪 （ Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ ） 算 法提 高光 伏 转换 率 。提 出固 定 电 压 法 与 改进 的 电 导 增 量 法 结 合 的 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ方 法 ， 先 采 用 固 定 电 压
ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ＭＰ Ｐ Ｔ ｌｇ ａ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｌ ａ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ －
第３ ８卷第 ３期 ２ ０ １ ５年 ６月
四 川 电 力 技 ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ８。 Ｎｏ ． ３
Ｊ ｕ ｎ ．． ２ ０１ ５
固定 电压 法 与 改进 电导增 量 法 结 合 的光伏 发 电系统 最 大 功 率 点 跟 踪
ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ（ ＭＰ Ｐ Ｔ ）ｏ ｆ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｈ ａ ｉ ｃ ｃ ｅ ｌ ｌ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｄ ｔ ｏ ｏ ， Ｓ Ｏ ｉ ｔ ｎ ｅ ｅ ｄ ｓ ｔ ｏ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｐ ｒ ｉ ａ ｔ ｅ ＭＰ Ｐ Ｔ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｔ ｏ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ
法将 光伏 阵列的工作 点调整到 最大功 率点附近 ， 以保证跟踪的快速性 ； 而后利 用变步 长的电导增量 法， 使 工作 点 电压
与 最 大 功 率 点 电压 近 似 相 等 。仿 真 结果 表 明 ， 固 定 电压 与 电 导 增 量 法 结 合 追 踪 最 大 功 率 点 能 够 快 速 、 准 确 地 跟 踪 光 伏 阵列的最大功率点， 减 少 了在 最 大 功 率 点振 荡的 能 量 损 失 ， 提 高 了光伏 发 电 系统 的 能 量 转 换 率 。
关键词 ： 光伏阵列 ； 最大功率点跟踪 ； 固定 电压 法 ； 改进 电导增量法
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｓ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ，ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ａ ｄ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｔ ｉ ｍｅ，ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ
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