郑必伟陈庆彬毛行奎
　　
　　(福州大学电气工程与自动化学院，福建福州350108)
　　
　　摘要:太阳能电池作为光伏逆变系统最重要的器件之一,其光电转换效率的高低直接影响整个系统的性能以及成本。光伏电池的输出特性受光照强度及其工作环境影响很大,具有明显的非线性特点,因此需要对其最大输出功率点进行跟踪(MPPT)。基于光伏电池的直流物理模型,在MATLAB7.6的simulink平台下建立光伏模块模型,并基于Boost电路利用该模型对常见的三种MPPT控制方案进行仿真研究,仿真结果证明了这些方案的有效性及其优缺点。
　　
　　
　　2.2电导增量法(IncrementalConductance)
　　
　　电导增量法也是MPPT控制常用的算法之一。电导增量法通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号[7]。这种控制算法同样需要对光伏阵列的电压和电流进行采样,其程序流程如图8所示。其中MATLABsimulink的仿真电路图如图9(a)所示,其仿真结果见图9(b)。
　　

　　2.3穷举与二次插值结合法
　　
　　该算法是将穷举法和二次插值法结合使用的最大功率跟踪算法。太阳能电池在外界条件例如光照强度、温度等变化时其输出呈非线性,但是在某一瞬间其输出功率与占空比呈现线性关系,对占空比是连续可导的,而且仅有一个极点,因此可以
　　
　　用二次插值法来寻找当前系统的最大功率点。
　　
　　所谓穷举法,就是在占空比D从0到1范围内以一定的步长搜索最大功率点的大概位置(步长由程序设计者确定),然后选取包含有最大值的最小区域作为二次插值的初始插值区间。
　　
　　二次插值法是利用某一瞬间逆变器输出功率相对于占空比D是连续可导的，而且仅有一个极点，所以可以采用二次插值的方法来寻找系统当前的最大功率点，关键在于初始区间和初始点的确定。
　　
　　该算法的程序流程如图10所示。
　　
　　MATLABsimulink中的仿真电路图见图11(a),其仿真结果波形如图11(b)所示。
　　
　　从上述三张波形图可以看出扰动观察法、电导增量法与穷举和二次插值结合法都可实现最大功率跟踪,得到的三种方法对应的最大功率跟踪的数据如表2所示,

从表中可以看出,三种方法都差不多寻优到了最大功率点,电导增量法最接近,穷举和二次插值法次之，扰动观察法相差最多，但其误差都在理论允许的范围内，但这都只是理论上的分析,实际使用中还得考虑各种因素，如扰动观察法虽然寻优的最大功率点误差较大，但扰动观察法实现简单,实测参数少，并且不需要知道太阳能电池的特性曲线，能够被普遍应用于光伏系统最大功率点跟踪控制。电导增量法效果好，也是目前常用的最大功率跟踪算法之一，该算法最大优点是当光照强度变化时，光伏电池的输出电压能以平稳的方式变化，但该算法比较复杂，对硬件的要求特别是传感器的精度要求比较高，对控制系统要求高，因而整个系统造价较高[8]。穷举和二次插值结合法相对来说是一种较新的方法，虽然理论仿真寻优点误差大于电导增量法，但该算法运算量比较小，对于二次插值算法，可以做到精度很高的跟踪，而且在该算法中，不必考虑登山法和电导法中使用的ΔU，所以在一定程度上简化了电路[9]。另外,三种方法在寻优时间上也存在一定的差别，仿真考虑的因素很多都是理想情况，所得到的寻优时间跟实际差别还是比较大，在实际中使用时还得参照具体硬件条件等进行方法的选择与改进。
　　
　　3结束语
　　
　　光伏阵列最大功率跟踪控制作为整个光伏系统控制中一个很重要的部分,其控制效果的计算机仿真研究愈来愈受到行业的关注,文中研究了太阳能光伏阵列的仿真建模,并对三种常见仿真控制算法进行研究,该模型基于MATLABsimulink建立,具有简单,易用的特点,对实际MPPT控制方案的实施具有很强的指导意义。
　　
　　参考文献
　　
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　　作者简介
　　
　　郑必伟,男,福州大学2008级模式识别与智能系统专业硕士研究生。
　　
　　陈庆彬,男,福州大学2007级电力电子与电力传动专业硕士研究生。
　　
　　毛行奎,男,博士,副教授,研究领域:高频磁技术、电磁兼容、功率变换、可再生能源发电等。
　　
　　(此文为“英飞凌杯”太阳能设计应用大赛总决赛获奖选手论文)
　　
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