李讓軍，侯利龍，顧重陽

（鄭州科技學(xué)院 電氣工程學(xué)院，河南 鄭州 450064）

為了充分利用太陽能，最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）算法是光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。從目前研究現(xiàn)狀來看，確實(shí)有一些算法能夠跟蹤最大功率點(diǎn)，諸如恒定電壓跟蹤法(CVT)、擾動(dòng)觀測法(P&O)、增量導(dǎo)納法(INC)等。擾動(dòng)觀察法只需要判斷電壓和功率是增大還是減小，因此控制方法簡單。但是，該方法只適合在光照強(qiáng)度變化較慢的外界條件下使用，無法同時(shí)兼顧跟蹤速度與精度，且實(shí)際輸出功率在最大功率點(diǎn)的附近做小范圍的振蕩，并不能達(dá)到穩(wěn)定的最大功率輸出值，這樣勢必會(huì)降低光電的轉(zhuǎn)換效率，造成一定功率的損失。根據(jù)大量研究，本文針對擾動(dòng)法產(chǎn)生振蕩的原因，使用直方圖對輸出電壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得最優(yōu)最大功率點(diǎn)，能夠有效提高最大功率點(diǎn)的準(zhǔn)確性，降低光伏電池的功率損失。

1 光伏電池特性

根據(jù)電子學(xué)理論，光伏電池工作于發(fā)電狀態(tài)的電流方程表達(dá)式為：

對光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型分析可知：

其中，

Isc、Uoc、Im、Um分別為光伏電池的短路電流、開路電壓、最大功率點(diǎn)電流和最大功率點(diǎn)電壓。

2 基于直方圖的MP P T的實(shí)現(xiàn)

2.1 擾動(dòng)觀察法

設(shè)定光伏電池開始工作在 P(k)點(diǎn)，通過設(shè)置一個(gè)擾動(dòng)量 ΔV (k) ，控制器檢測前后兩次功率值并進(jìn)行比較，如果 P(k+1)＞ P(k)，即輸出功率是增大的，則說明擾動(dòng)方向正確，按原來方向繼續(xù)增加ΔV (k)，直到最大功率點(diǎn)Pm附近。反之則反方向擾動(dòng)。

2.2 直方圖算法

直方圖是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性與數(shù)值之間的函數(shù)，能夠提供原始數(shù)值分布情況，橫坐標(biāo)表示光伏電池出現(xiàn)的電壓值，縱坐標(biāo)為各個(gè)電壓值出現(xiàn)的次數(shù)，查看電壓值的分布狀態(tài)。當(dāng)功率到達(dá)最高點(diǎn)后，因?yàn)橐恢碧幱谡袷帬顟B(tài)，電壓值出現(xiàn)的頻率也會(huì)增高。

2.3 MP P T算法分析

對電壓進(jìn)行直方圖分析，更改ΔV(k)的大小。光伏最大功率點(diǎn)處的電壓UMPP分布在固定值Uoc的0.8倍附近，本算法中Atten=0.9，控制流程框圖如圖1所示。

圖1 本文算法控制流程圖

3 算法實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析

設(shè)置溫度為30℃，光照強(qiáng)度為2000W/m2，使用Matlab軟件對本文算法進(jìn)行仿真，光伏電池的輸出電壓逐漸趨于穩(wěn)定，能夠搜索到光伏電池的最大值。擾動(dòng)法取最新出現(xiàn)的電壓值為光伏電池的輸出電壓值，與理論值的偏差是2.5%，而本文算法的偏差是0.26%，性能提高89.6%。為了說明算法的有效性，設(shè)置溫度為標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃，光照強(qiáng)度在200～1500W/m2之間隨機(jī)選取50個(gè)樣本值，得到如圖2所示的功率曲線。其中，每條曲線表示某一光照強(qiáng)度下的P—U曲線，曲線上的實(shí)心圓標(biāo)記點(diǎn)則是相應(yīng)的最大輸出功率點(diǎn)。

圖2 不同光照條件下的P-U 曲線

為更精確地查看最大功率點(diǎn)的偏差情況，獲得圖2的偏差數(shù)據(jù)，最大偏差是0.67%，最小偏差值是2.793×10-6，偏差平均值為0.23%。本文所提基于直方圖的 MPPT 算法，能有效地對最大功率點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤。

4 結(jié)語

本文分析了光伏電池等效電路及輸出特性，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文算法的準(zhǔn)確性和有效性，但追蹤到的最大功率與理論值仍有一定的偏差，因此可進(jìn)一步研究改進(jìn)型的擾動(dòng)觀察法來提高精確度。

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