內(nèi)蒙古電力公司 烏海電業(yè)局 武昱彤 武智勇

綠色能源在解決能源問題和減少環(huán)境壓力方面具有不可替代的作用，世界各國也越來越重視對綠色能源的研究。太陽能作為綠色能源的一種，具有儲量豐富、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，是目前技術(shù)利用相對成熟的一種可再生能源。然而，受不同地區(qū)光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度等因素影響，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的光伏電池的穩(wěn)定性并不理想。在不同的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，光伏電池的輸出功率會有較大波動，這導(dǎo)致整個光伏陣列的輸出特性呈現(xiàn)出非線性特征，降低了光伏列陣的電能輸出能力。因此，對光伏電池最大輸出功率進(jìn)行跟蹤控制，使得光伏陣列在任何日照條件下動能不斷獲得最大輸出功率，以提高系統(tǒng)的工作效率，就顯得很有必要。

一、最大功率點(diǎn)（MPPT）跟蹤算法

光伏電池的開路電壓和短路電流受溫度、光照以及負(fù)載等因素影響，其輸出量隨著外界環(huán)境的變化而變化。光伏電池的U-I輸出曲線和P-V輸出曲線表明，即使在特定的溫度和光照條件下，光伏電池的最大功率點(diǎn)也不固定，而是不斷變化的。為了達(dá)到光伏電池在特定溫度和光照條件下的最大功率輸出，研究人員提出了最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking，簡稱MPPT）策略。目前，主流研究MPPT策略的方法主要有實(shí)際測量法、擾動觀察法、短路電流法等策略。通過比較，本文，筆者選用擾動觀測法來實(shí)現(xiàn)對最大功率的跟蹤控制。

擾動觀察法的總體算法思路是：給光伏系統(tǒng)控制器輸入一個步長量，通過使用這個較小的步長，改變每個控制周期內(nèi)的光伏陣列的輸出在。因?yàn)楦淖兊牟介L值是固定的，所以干擾周期前后，光伏陣列的輸出功率值既可能增加，也可能減小。如果檢測到光伏陣列的輸出功率增加，就按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”，如果檢測到輸出功率減小，就改變“干擾”的方向，反方向繼續(xù)“干擾”。擾動觀察法就是通過不斷地加減步長，使得光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)逐漸接近當(dāng)前最大功率點(diǎn)。但是由于固定步長的存在，在工作點(diǎn)達(dá)到最大功率點(diǎn)附近后，就會在最大功率點(diǎn)附近不斷振蕩。為解決這一問題，筆者在此引入了參考電壓VREF，在得出比較結(jié)果后，通過調(diào)節(jié)參考電壓，使它逐漸接近最大功率點(diǎn)電壓；在調(diào)節(jié)光伏電池工作點(diǎn)時，要根據(jù)這個參考電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

二、 一種基于MPPT改進(jìn)的擾動觀察法

雖然研究MPPT策略有很多方法，但目前比較常用的方法是擾動觀察法，具有簡單易懂、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)的擾動觀察法存在一個缺點(diǎn)，即光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)只能在光伏陣列最大功率點(diǎn)附近振蕩，而這種振蕩會產(chǎn)生一定的功率損失。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，筆者對擾動觀察法做了進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)：當(dāng)系統(tǒng)開始擾動時，在控制器內(nèi)輸入一個合適的步長；當(dāng)系統(tǒng)不發(fā)生擾動錯誤時，就按照此步長值擾動；一旦擾動方向發(fā)生錯誤，就將某個常數(shù)輸入到控制器，用初始步長減去這個值，使控制器按照這個新的步長向反方向擾動。當(dāng)系統(tǒng)每發(fā)生擾動錯誤時，反復(fù)改變擾動步長值，直至步長減為0，此時的光伏陣列實(shí)際工作點(diǎn)就穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)處。改進(jìn)的算法流程如圖1所示。

圖1 改進(jìn)的擾動觀察法的算法控制流程

此外，筆者在MATLAB環(huán)境下搭建仿真模型，對比兩種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。仿真的時間為1 s，溫度為25℃，算法采用變步長ode23 th。當(dāng)光照強(qiáng)度從0.55 kW/m2躍升為1.0 kW/m2時（在0.1 s時發(fā)生突變），對BOOST電路輸出功率進(jìn)行對比。通過實(shí)驗(yàn)圖形可以看出，當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生突變時，改進(jìn)的擾動觀察法僅需0.05 s就能達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)，這樣能有效減少因振蕩現(xiàn)象引起的能量損耗，實(shí)現(xiàn)了對光伏陣列最大功率點(diǎn)的快速跟蹤和精確控制。

三、結(jié)論

本文，筆者基于光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)，對光伏電最大功率點(diǎn)（MPPT）跟蹤算法進(jìn)行了介紹，提出一種經(jīng)過改進(jìn)的新型擾動觀察法，并通過MATLAB進(jìn)行了系統(tǒng)仿真型。得到的仿真結(jié)果表明，該方法可有效減少傳統(tǒng)擾動觀察法帶來的誤判功率損失，從而優(yōu)化了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)定度。