摘 要： 分析了光伏電池的工作特性和光伏系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及原理,，將電導(dǎo)增量法應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制中，使系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)外界環(huán)境的變化,，讓光伏發(fā)電系統(tǒng)始終工作在最大功率點(diǎn),。最后在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行了仿真，并且對仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析,，驗(yàn)證了該方法的正確性,。
關(guān)鍵詞： 光伏電池；最大功率點(diǎn)跟蹤,；電導(dǎo)增量法,；穩(wěn)定性分析；Boost變換器
在光伏系統(tǒng)中,，光伏電池具有非線性特征,，并且其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度影響較大,。為了提高效率,，目前廣泛采用的技術(shù)是最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT（maximum power point tracking）。為了達(dá)到更好的穩(wěn)定性和更快的跟蹤速度,，光伏電池MPPT控制一般選用電壓控制方式,。其中Boost電路采用的是輸入端電壓控制方式，即在輸出端電壓基本恒定的情況下，通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)輸入端電壓,。
參考文獻(xiàn)[1-3]對電導(dǎo)增量法在MPPT中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)地論述,，但缺少對最大功率點(diǎn)的跟蹤過程及Boost升壓電路的分析。本文首先分析了光伏電池的輸出特性,，然后通過Matlab/Simulink建立了整個光伏系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真。分析了定步長電導(dǎo)增量法中步長的取值對系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速性的影響,，并且闡述了在該方法下功率輸出出現(xiàn)振蕩的原因,，使用變步長的電導(dǎo)增量法，改善了定步長的缺點(diǎn),。最后考慮外部環(huán)境的變化,，對仿真結(jié)果作出了詳細(xì)的分析，通過其P-V曲線,，再現(xiàn)了系統(tǒng)進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤的整個過程,。
1.2 光伏電池輸出特性
由于光伏元件為非線性元件，不能用一個固定的數(shù)值或簡單的方程式來表示其電壓與電流之間的關(guān)系,。所以,，光伏電池的輸出特性可用曲線的形式表示[4]，如圖2所示,。
2 用于MPPT的Boost電路原理
最大功率跟蹤控制中常用的DC/DC變換器是Buck和Boost電路,。由于Buck電路的輸入端工作在斷續(xù)狀態(tài)下，若不加入儲能電容,，則光伏電池工作時斷時續(xù),，不能處于最佳工作狀態(tài)。相比之下,，Boost電路只要輸入電感足夠大,，可始終工作在輸入電流連續(xù)狀態(tài)?？紤]到實(shí)際使用的光伏電池輸出電壓不高,，則采用Boost升壓電路比較合適[5]。
由圖3可知,，Boost電路是由功率開關(guān)S,、二極管D、電感L,、電容C和負(fù)載電阻R構(gòu)成,。Boost電路輸入輸出電壓關(guān)系為：
3 MPPT算法
MPPT算法是一個自尋優(yōu)的過程[6]。通過實(shí)時檢測光伏電池的輸出電壓與電流,，不斷改變系統(tǒng)工作點(diǎn),，比較光伏陣列前后的功率輸出情況，從而逐步搜索出當(dāng)前陣列的最大功率點(diǎn)。
4 仿真結(jié)果及分析
設(shè)定初始條件為標(biāo)準(zhǔn)光照1 kw/m2和常溫25℃,。在初始條件下,，設(shè)定電導(dǎo)增量法步長為0.01，測得其到達(dá)相對穩(wěn)定的狀態(tài)所需時間為5 ms,。把步長設(shè)為0.001后,，測得其到達(dá)相對穩(wěn)定的狀態(tài)所需時間為32 ms。兩次仿真波形如圖5所示,。由此可見,，定步長電導(dǎo)增量法只能使得系統(tǒng)跟蹤到最大功率點(diǎn)附近，在其周圍振蕩,，只是步長不同振蕩幅度不同而已,。
當(dāng)光照強(qiáng)度不變時，系統(tǒng)在0.03 s時給外界溫度一個擾動,，由25℃突變?yōu)?0℃,，輸出電壓和電流的波形分別如圖6（a）、（b）中標(biāo)號為1的曲線所示,?？梢姡瑴囟鹊母淖儗τ谧罴压ぷ麟妷河绊戄^大,，對最佳工作電流影響較小,，符合太陽能電池輸出特性。
當(dāng)溫度不變時,，系統(tǒng)在0.03 s時給外界光照強(qiáng)度一個擾動,，由1 000 W/m2突變?yōu)?00 W/m2，輸出電壓和電流的波形分別如圖6（a）,、（b）中標(biāo)號為2的曲線所示,。可見,，光照的改變對最佳工作電流影響較大,，電流隨光照減弱而減小，對最佳工作電壓影響較小,，符合光伏電池的輸出特性,。
通過Matlab/Simulink的仿真分析得出，電導(dǎo)增量法在最大功率點(diǎn)附近都有一定的振蕩,，而變步長電導(dǎo)增量法能大幅度減小在最大功率點(diǎn)附近的振蕩,。在外界環(huán)境相對穩(wěn)定的情況下，變步長電導(dǎo)增量法控制具有良好的穩(wěn)定性,，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn),；當(dāng)外界環(huán)境突變時,，變步長電導(dǎo)增量法能準(zhǔn)確快速地跟蹤到太陽電池的MPP，具有良好的快速性,。
參考文獻(xiàn)
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