一种应用于光伏系统MPPT的变步长扰动观察法
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]。
一种改进的变步长扰动观察光伏发电MPPT控制方法
４ ３ ０ ０ ７ ４ ；
Ａｎ Ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ Ｖａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｓ ｔ ｅ ｐ Ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｏｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
—函
Ｃｌ ｅ ａ ｎ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ
第２ ９卷 第 ３ 期
２ ０ １ ３年 ３月
电网 与 清洁 能 源
Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ Ｃ ｌ ｅ ａ ｎ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ２９ Ｎｏ ． ３ Ｍａ ｒ ．２ ０１ ３
ｗ ｉ ｔ ｈ ｌ 警 Ｉ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ Ｖ ａ ｉ ０ ｎ ｃ 。 ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ 。 ｐ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ８ 的研究 ， 来提高光伏发电的转换效率 。目 前， 国内外
ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｖ ａ ｉ ｒ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｉ ｚ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｂ ｏ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｘ ｅ ｄ ｓ ｔ ｅ ｐ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ，ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｅ ｐ
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]。
一种应用于光伏系统M的变步长扰动观察法
一种应用于光伏系统M的变步长扰动观测方法1、本文概述随着全球能源危机和环境问题日益突出，光伏系统作为一种清洁可再生能源的转换方式，受到了广泛的关注和研究。
光伏系统的最大功率点跟踪技术一直是研究的热点和难点。
传统的固定步长摄动观测方法虽然简单可行，但在实际应用中存在跟踪速度慢、精度低、易振荡等问题。
本文提出了一种应用于光伏系统的变步长扰动观测方法，旨在提高最大功率点跟踪的效率和稳定性。
本文首先介绍了光伏系统的基本原理和最大功率点跟踪的重要性，然后详细阐述了传统固定步长扰动观测方法的原理和存在的问题。
此外，本文提出了一种基于可变步长策略的扰动观测方法，该方法动态调整扰动步长，以实现对不同光照和温度条件下光伏系统最大功率点的快速准确跟踪。
本文还对所提出的变步长扰动观测方法进行了理论分析和仿真验证，结果表明该方法具有跟踪速度快、跟踪精度高、稳定性好的特点。
本文还讨论了该方法的实际应用前景和可能的改进方向，为光伏系统中的最大功率点跟踪技术提供了新的思路和方法。
2、光伏系统基础知识光伏系统，又称光伏发电系统，是利用光伏效应将太阳能转化为电能的系统。
光伏效应是指太阳光照射到光伏材料（如硅）中的光子和电子之间的相互作用，导致电子从原子中逃逸，形成光生电流。
这种无噪声、无污染的发电方式越来越受到全球的关注和推广。
光伏系统主要由光伏组件、逆变器、支架和连接线组成。
光伏模块是系统的核心部件，由多个串联或并联的光伏电池组成，负责将太阳能转换为直流电。
逆变器负责将直流电转换为交流电，以连接到电网或其他电气设备。
支架用于固定光伏组件，确保其能够连续稳定地接收太阳辐射。
在光伏系统运行过程中，光伏组件的性能参数，如开路电压、短路电流、最大功率点电压和电流，对系统的整体性能有重大影响。
最大功率点（MPP）是光伏模块具有最高输出功率的工作点。
光伏系统的目标之一是使光伏模块尽可能接近MPP工作，以实现最大的能量转换效率。
为了实现这一目标，光伏系统通常使用最大功率点跟踪（MPPT）算法。
一种应用于光伏系统的MPPT算法设计及仿真
２ ． Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ ３ ３ ０ ０ ９ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｎ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ￣ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｉａ ｒ ｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｉ ｚ ｅ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ
０引 言
光伏 电 池 的 实 际输 出功 率 随光 照强 度 、 电池 温 度 和
式中， Ｋ 为 步 长增 益 系数 ； Ａ Ｐ为 功 率 变 化 量 。 变 步 长 的 难 点 在 于 的 选 择 ， 需 要 经 过 实 验 Ｔ ｒ ａ ｄ ｅ ｏ ｆ才 能 找 到 比较 合 适 的值 。 当系 统 功率 较 大 时 ． △ 尸相对 较 大 ， 则 应该 选择相 对小 ； 而 当系统 功 率较 小 时， △ Ｐ相对 较 小 ， 则 应 该选 择相 对较 大些 。 所 率点跟踪（ Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ ） 算法作
为光 伏 逆 变 器 中一 项 重 要 的 功 能 ． 它能使得光伏（ Ｐ Ⅵ 电
池最大功率输出 ． 从而提高光伏 阵列 的整体效率
ＭＰ 算法有 很多种 ， 包 括恒定 电压ｆ Ｃ Ｖ １ 法、 扰 动 观察 ｆ Ｐ ＆ Ｏ １ 法和增 量 电导ｆ Ｉ Ｎ Ｖ ） 法等 ． 其 中最 实 用 的 是 扰 动 观 察 法 固 定 步 长 的 扰 动 观 察 法 存 在 步 长 难 以 选 择 的 问题 ． 步长大 。 则追踪 速度较快 ， 但最 大 功 率 点 附 近 波 动 幅度 较 大 ： 步长小 ． 则 追踪速度较 慢 ． 甚 至 陷 入 局 部 最 优 为 了使 得 离最 大 功 率点 较远 时 以 大 步 长 追 踪， 而在最 大功率点附近 时 ． 以小步长跟 踪 。 在 扰 动 观 察 法 的基 础 上 ． 提 出 依 据 功 率 变 化 大 小 的 变 步 长 扰 动 观察法 ． 并 通 过 仿 真 验 证 其 正 确 性
自适应变步长占空比扰动法在光伏发电MPPT中的应用
光 伏最大功率点 跟踪 （ ａｉｕ ｏ ｅ Ｐ ｔ Ｍ ｘ ｍ Ｐｗ ｒ ｉ ｍ ｎ
Ｔａｋｎ ，Ｍ Ｐ ） 术 ， 指 在 温 度 、 照 等 外 界 ｒｃｉｇ Ｐ Ｔ 技 是 光
大功率 点上 ， 而 保 证光 伏 阵 列 始终 保 持 最 大 功 从 率输 出 ． 它是太 阳 能光 伏 并 网 发 电 中 的一 项 重 要 的关 键 技术 ． 目前 已有 多种 ＭＰｒ控 制算 法 ， Ｐ ｒ 如 恒 定 电压 法 、 电导增 量法 ． 者控制 简单 但精 度不 前
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｅｅ ｔ ｃ ｌ ｏ ｔ ｕ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉｓ ｏ ｈ ｔｖ ｈ ｉ ｅｌ ，ｔ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌ ｎ ｓｒ ｃ ： ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｌｃ ｒ ａ ｕ ｐ ｔｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｆｐ ｏｏ ｏ ａｅ ｃ ｌ ｉ ｉ ｃ ｓ ｈ ｑ ｉａ ｅ ｔ ｍｏ ｅ ｆ ｈ ｔｖ ｌ ｉ ｅｌ ｓ ｂ ｉ ，ｗ ｉｈ ａ ｈ ｅ ｅ ｈ ｘ ｍｕ ｐ ｗ ｒ ｐ ｉ ｔｔ ｃ ｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌｂ ｄ ｌ ｏｏ ｏ ｔ ｃ ｃ ｌ ｉ ｕｌ ｏ ｐ ａ ｓ ｔ ｈ ｃ ｃ ｉ ｖ ｓ ｔ ｅ ｍａ ｉ ｍ ｏ ｅ ｏｎ ｒ ｋ ｎ ｏ ｔ ｙ ａ ｏ ｂ ｏ ｔｃｒ ｕ ｔ Ａ ａ ｔ ｅ ｖ ｒ ｂ ｅ ｓｅ ｕ ｙ ｃ ｃｅ ｐ ｒ ｒ ａ ｉｎ ａ ｄ ｏ ｓ ｒ ａ ｉｎ ｉ ａ ｏ ｔｄ，ｔ ｅ ｓｅ ｏ ｓ ｉ ｉ． ｄ ｐ ｉ ａ ａ ｌ ｔ ｐ ｄ ｔ ｙ ｌ ｅｔ ｂ ｔ ｎ ｂ ｅ ｖ ｔ ｓ ｄ ｐ ｅ ｃ ｖ ｉ ｕ ｏ ｏ ｈ ｔｐ ｄ ｓｕ ｂ ｎ ｅ ｉ ｃ ａ ｇ ｄ ｔ ｅ ｉ ｇ ｒ ｒ ｓ ｏ ｓ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔｒ ｓｅ ｄ —ｔ ｔ ｒｃ ｉ ｇ ａ ｃ ｒ ｃ ． ｉｔ ｒ ａ ｃ ｓ ｈ ｎ ｅ ｏ ｇ ｔ ｈ ｇ ｅ ｅ ｐ ｎ ｅ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｂ ｔ ｔａ ｙ ｓ ｅ ｔ ｋ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｅ ａ ａ Ｓ ｍｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｌ ｏ ｔｍ ａ ｆ ｃｉ ｅｙ ｒ ｄ ｃ ｈ ｈ ｃ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｉ ｍ ｏ ｒ ｉ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔｔ ｅ ａｇ ｒ ｈ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ｌ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｓ ｏ ｋ ｏ ｈ ｘ ｍｕ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｈ ｉ ｖ ｐ ｉ ｔａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｈ ｒ ｃ ｉ ｇ ｅｆ ｉｎ ｙ ｏ ｎ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｔｅ ｔ ｋ ｎ ｆ ｃ ｅ ｃ ． ａ ｉ
一种新型光伏系统MPPT变步长滞环比较P & O法
一
种新型光伏 系统ＭＰ Ｐ Ｔ 变步长滞环 比较Ｐ ＆ Ｏ 法
张林 ， 郭前 岗， 周 西峰
（ 南京 邮 电大 学 自动化 学 院 ， 南京 ２ １ ０ ０ ２ ３ ）
摘要 ： 在分析光伏 电池 的输出特性的基础上 ， 提出了一种应用于光伏发电的新型Ｍ Ｐ Ｐ ｒ Ｉ 、 算法。该方法利用Ｐ — Ｕ 曲 线上的不同点 的斜率来计算扰动步长 ， 并应用滞环 比较法来确定扰方向 ， 使系统能够快速 、 准确地跟踪至最大 功率点且稳定无振荡。 利用Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 搭建光伏系统的最大功率点跟踪模 型， 仿真实验表明： 相对于传统变
Ｖｏ １ ． ５ １ ＮＯ ． ２
Ｊ ａ ｎ ． ２ ５ ， ２ ０ １ ４
化， 根 据功 率变 化 的趋势 连续 改变 扰 动 电压 （ 或 电流 ）
池 的开路电压 ，而对光伏 电池 的短路 电流影响较小。 图２ （ ａ ） 为相 同光照强度不同工作温度下的Ｐ — ｕ 曲线 ， 图２ （ ｂ ） 为相 同工作 温度 不 同光照 强度下 的Ｐ — ｕ曲线 。 光伏 电池 的输出功率与输出电压之 间是非线性 的。 即使在相同的光照强度和温度下不同的负载也对 应着不同的输 出功率。 但光伏电池在 同一光照强度和 温度下 ， 有且仅有一个最大功率点 。 当外界环境无法 控制时 ， 只有控 制 光伏 电池 的负载 阻 抗来 实 现ＭＰ Ｐ Ｔ， 这是Ｍ Ｐ 算法 的本质。
的变 步长扰 动 观察法 为基 础上 ， 提 出了一 种新 型光 伏
系统Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 变步长滞环比较扰动观察法 ，该方法有效
地 避免 了扰 动 观察 法 在 光 照 突变 时 的误 判 和 在最 大
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。
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万方数据
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一种应用于光伏系统MPPT的变步长扰动观察法
作者：朱铭炼， 李臣松， 陈新， 龚春英， ZHU Ming-lian， LI Chen-song， CHEN Xin，GONG Chun-ying
作者单位：南京航空航天大学,江苏,南京,210016
刊名：
电力电子技术
英文刊名：POWER ELECTRONICS
年，卷(期)：2010,44(1)
1.欧阳名三;余世杰;沈玉樑一种太阳能电池MPPT控制器实现及测试方法的研究[期刊论文]-电子测量与仪器学报2004(02)
2.Wen-Jung Chiang;Hurng-Liahng Jou;Jinn-Chang Wu Maximum Power Point Tracking Method for the Voltage-mode Grid-connected Inverter of Photovoltaic Generation System 2008
3.LIU Fang-rui;DUAN Shan-xu;LIU Fei A Variable Step Size INC MPPT Method for PV Systems 2008(07)
4.张超;何湘宁短路电流结合扰动观察法在光伏发电最大功率点跟踪控制中的应用[期刊论文]-中国电机工程学报2006(20)
5.徐鹏威;刘飞;段善旭几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进[期刊论文]-电力电子技术 2007(05)
本文链接：/Periodical_dldzjs201001008.aspx。