基于增量电导法的光伏系统典型MPPT分析

基于增量电导法的光伏系统典型MPPT分析①

朱心怡1 黄克亚2 尤凤翔2

(1.南京邮电大学海外教育学院 江苏南京 210003.2.苏州大学阳澄湖校区自动控制系 江苏苏州 21513）

太阳能光伏组件是非稳定电源，为有效利用太阳能，必须对其进行最大功率点跟踪(MPPT)。该文分析了光伏发电MPPT原理，提出一种摘 要：

基于占空比扰动的MPPT控制方法，在Matlab中建立增量电导法仿真模型，仿真结果显示该方法能实现最大功率点跟踪，并且增量电导法性能要明显优于扰动观察法，但其硬件要求高。关键词：光伏发电MPPT原理 最大功率点跟踪 增量电导法中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)06(b)-0092-02

太阳能是理想的清洁能源,太阳能发电具有无污染、无噪声、无需燃料能源等优点,现已广泛应用于各种蓄电池充电系统、家电、卫星等领域。但太阳能发电投资成本较高,发电效率较低,这是制约太阳能发电产业发展的主要瓶颈

[1-2]

作者在“基于扰动观察法的光伏系统典型MPPT分析”基础上，分析了光伏电池的工作机理和仿真模型,用电导增量法进行光伏系统典型MPPT分析，并进行了相关仿真实验。

发电系统中，光伏阵列和负载之间多采用ＰＷＭ脉冲控制的DC/DC变换器，主要原因是调节ＰＷＭ脉冲的占空比Ｄ可以调节变换器的输入/输出关系，实现阻抗匹配，从而实现光伏阵列的ＭＰＰＴ控制。如图1所示为光伏阵列的Ｐ-Ｄ特性曲线，其中P为光伏系统输出功率，D为DC-DC变换器开关管PWM信号占空比，并且当dP/dD=0时，输出功率达到最大。通过扰动占空比Ｄ来获得输出功率Ｐ的变化方向[4]。

当光伏阵列与负载之间接Boost变换器时，如果负载为纯电阻，变换器效率为100％，忽略变换器电感自身电阻的情况下，Boost变换器的等效输入阻抗为

R’= RL×(1-D)2 (1)

式中：RL为负载阻抗；R’为Ｂoost变换器等效输入阻抗，D为Boost开关管PWM占空比。

由式（1）可知光伏阵列所接的等效负载是DC-DC变换器占空比D和其所带负载的函数，调节变换器的占空比即可达到改变光伏阵列等效负载的目的，使之在不同的外

。目前,在工程实践

中是通过对太阳能光伏发电最大功率点的跟踪来提高光伏发电系统的发电效率的。常用的最大功率点跟踪方法有恒压控制法、扰动观察法和电导增量法等。

[3]

1 光伏阵列MPPT原理

光伏组件的输出存在着功率最大点，在特定的温度和光照条件下，组件能否工作在最大功率点取决于组件所接负载。光伏

.com.cn. All Rights Reserved.图3 增量电导法仿真电路图

部环境下始终跟随光伏阵列的内阻变化，

图1 光伏系统P-D特性曲线

①基金项目：江苏省轨道交通控制工程技术研发中心开放基金项目(KFJJ2011006)。

图2 增量电导法流程图

92科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald

工业技术

2013 NO.17Science and Technology Innovation Herald科技创新导报型均采用嵌入函数的形式。

设置仿真时间为1 s，仿真算法为变温度为步长ode45，光照为1000 W/m2，30 ℃，负载电阻为120 Ω，分别选择占空比扰动步长为极大值(0.02)和极小值(0.001)，得到系统输出功率曲线如图4和图5所示

由上述仿真图形可以看出，和扰动观察法一样，增量电导法步长设置同样对系统动态性能和稳态性能产生很大影响，步长较大则动态性能好，反之则稳态性能好，二者不可兼顾，实际应用时选择较为折中的步

图4 增量电导法功率曲线(步长0.02)

长0.005。

3 结语

论文分析了光伏发电MPPT原理，提出了一种基于增量电导法的光伏系统典型MPPT控制方法，在Matlab中建立增量电导法仿真模型，仿真结果显示该算法均能实现光伏系统最大功率点跟踪，对系统的动态性能和稳态性能产生影响。随着光伏发电系统的日益普及，MPPT算法的简化、跟踪速度和精度以及效率的提高是未来的发展趋势。

参考文献

[1] 王长贵.中国太阳光伏发电发展现状

图5 增量电导法功率曲线(步长0.001)

两者动态负载匹配时就可以获得光伏组件的最大输出功率，从而实现最大功率点跟踪。

于是该文提出一种基于电导增量法的MPPT控制方法。直接把占空比信号作为控制变量，只需要控制一个参数，从而使控制器简单且便于实现，有利于降低系统成本[5]。

求全导数，可得dP=IdU+UdI，两边同时除以dU，可得dP/dU=I+UdI/dU，令dP/dU=0，可得dI/dU=-I/U即为达到光伏阵列最大功率点所需满足的条件。这种方法是通过比较输出电导的变化量和瞬时电导值的大小来决定参考电压变化的方向。

增量电导法流程图如图2所示，Un、In为本次采样值，Un-1、In-1为上一次采样值，dU=0、dI=0条件在实际使用中经常用一个小的阈值来代替为0的条件[6]。2.2 增量电导法仿真分析

在Matlab/Simulink中，根据图2所示流程图建立增量电导法仿真电路如图3所示，其中光伏电池模型和Boost电路等效模

与未来展望[J].中国建设动态(阳光能源),2004(4):72-75.

[2] 水天.迎接太阳能时代等[J].中国电力企

业管理,2005(11):18-19.

[3] 田忆凯,陈荣,朱世琴.极具魅力的光伏

发电[J].上海化工,2005,30(4):1-4.[4] 周习祥,李加升.基于自适应占空比扰动

算法的光伏发电系统MPPT控制[J].电气传动,2012,42(8):24-28.

[5] 黄克亚.光伏发电系统最大功率点

跟踪原理分析及仿真研究[J].电工电气, 2011(2):22-25.

[6] 蔡明想,姜希猛,谢巍.改进的电导增量

法在光伏系统MPPT中的应用[J].电气传动,2011,41(7):21-24.

.com.cn. All Rights Reserved.2 增量电导法

2.1 增量电导法跟踪原理

增量电导法是根据光伏阵列P-V曲线为一条一阶连续可导的单峰曲线的特点，利用一阶导数求极值的方法，即对P=UI

(上接91页）

散劳力到我厂就业，其社会效益是明显的。

(2)生态效益：它是一个良性循环的关系。一年生深海低值鱼的生命周期仅一年，而不捕捞也就白白浪费。但以往利用价值低而增产不增收，影响了渔民的积极性。一方面不想投入去从事此类低值经济鱼的捕捞，二方面捕获后只能做肥料或饲料，使得资源不能得到高值化的利用，渔民增产不增收。由于我公司不断研发出新进的鱼糜加工设备，使得本来不值钱的低值经济鱼也得以高值化利用。鱼肉可制作鱼糜制品，废弃物可转化为鱼粉或饲料，资源得以充分利用，

形成了良性循环，具有明显的生态效益。

由于低值经济鱼的高效高值利用，使相应的产品备了充分的市场竞争力，得以拓展全国市场。

和研究。

(3)洗鱼机在清洗过程中各洗鱼筒之间偶遇卡阻情况，尚待研究解决。

4 结语

(1)本项目的研究重点突出了洗鱼隧道长度、水位的高度对洗鱼效果影响的研究，有必要在送鱼速度与洗鱼效果上作进一步的研究。

(2)在生产实践中若遇鱼批量少的情况下，小企业鱼的用量不大的情况下，采用何种规格的洗鱼机才能适用？仍然需要探讨

参考文献

[1] 王锡易，汪之和.鱼糜制品加工技术[M].

北京:中国轻工业出版社,1997.

[2] 周家春.食品工艺学[M].北京:化学工业

出版社,2007.

[3] 嵇一蕾.新型洗鱼机[J].国外水

产,1988(3).

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald93