焦明曦1 魏庆亮2
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摘要：为有效提供高光伏电池利用效率，本文提出了基于改进电导增量法的最大功率跟踪控制方法。通过Matlab/Simulink仿真表明改进的电导增量法可以实现最大功率跟踪，并在外界环境变化时快速跟踪到光伏电池最大功率点。
关键词：光伏模型；改进的电导增量法；最大功率跟踪；仿真
Abstract: In order to improve efficiency of PV, MPPT based on improved incremental conductance is presented. The Matlab/Simulink simulation shows that the maximum power point of PV can be tracked with improved incremental conductance, and can be tracked fast when external environment changes.
Keywords: PV module; improved incremental conductance；MPPT; simulation
引言
太阳能光伏发电作为一种新能源发电技术，由于其具有无污染、安装地点灵活、资源丰富等优势而受到世界各国的青睐[1]。但光伏电池输出功率的大小受周围环境影响比较大，特别是光照强度和温度的影响，所以如何提高其利用效率一直是各国研究的重点，最大功率跟踪（MPPT）控制技术便应运而生。现在普遍使用的MPPT包括定电压法、扰动观察法、电导增量法[2]等。对于扰动观察法，其控制方法比较简单，但跟踪步长固定，不能兼顾跟踪精度和响应速度，且在最大功率点附近振荡运行会造成一定的功率损失[3]。电导增量法具有比较好的跟踪精度，输出电压能以比较平稳的方式跟踪最大功率点，但其跟踪步长也是固定不变[4]，存在与扰动观察法一样的问题，为此本文，通过设定功率随电压变化率门槛值、改变跟踪步长实现最大功率跟踪，并进行了仿真验证。
1 太阳能光伏电池的数学模型及仿真模型
1.1 光伏电池数学模型
光伏电池是利用半导体 PN 结的光伏效应制成的一种能将光照辐射能直接转换为电能的转换器件。其等效数学模型如图1所示。
建立工程数学模型时需要做两点近似[5]：一是并联等效电阻 一般很大；二是串联等效电阻 远远小于二极管正向导通电阻，可以认为 。同时考虑两个条件：一是模型开路时， ， ；二是在最大功率点处,。
由此得到新的四个参数再进行计算，、b=0.5、c=0.00288。由上面的（1）~（7）表达式可在Matlab/Simulink中建立光伏电池的仿真模型。
2 改进的电导增量法工作原理
传统的电导增量法是一种比较理想的跟踪方法[6]，其跟踪步长固定，步长设置较大，则跟踪速度加快，但稳态波动比较大，造成能量损失，步长设置较小，稳态波动减小，跟踪精度高，但减慢了跟踪速度。改进的电导增量法在原来方法的基础上加一个功率随电压变化率检测装置，当检测到变化率小于某一个门槛值t时，说明快要达到最大功率点，此时减小跟踪步长，当变化率大于门槛值时，
图3 光伏电池MPPT仿真模型
建立的仿真模型如图3所示，光伏电池设置参数如:=126w/=7.44A、=35.4V、=6.94A、=28.8V，升压斩波电路设置参数为：、、、。。采样时间为0.0005s,算法采用ode23t,步长为D=0.02,Dm =0.001。光伏电池输出功率随电压变化率等于零时，输出功率最大，所以门槛值应取一个比较接近于零的值，这里取门槛值t=0.5。
3.2 光照强度变化时光伏电池模型仿真分析
如图4为光伏电池输出功率和Boost电路输出电压的变化曲线。光照强度设置为0.3S时由1000w/降为800w/，0.6S时再降为600w/。
由图（a）和图（b）可以看出，温度变化时可以较快的达到最大功率点。
（b）V-t特性曲线
图 4 光伏电池输出功率和Boost电路输出电压的变化曲线
由以上分析可以看出，改进的电导增量法可以加快调整时间，提高响应速度，且输出比较平缓，跟踪精度较高。
4 结语
本文基于光伏电池工程用数学表达式建立了光伏电池数学模型，并用改进的电导增量法实现MPPT，仿真证明本文建立的模型对外界环境具有一定的适应能力，其响应速度比较快，跟踪精度较高。
参考文献
[1]梁才浩,段献忠.分布式发电及其对电力系统的影响[J].电力系统自动化, 2001, 12:53-56.
[2]Esram T, Chapman P L. Comparison of photovoltaic array maximum power point tracking techniques[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2007, 22(2): 439-449.
[3]吴华波，基于扰动观察法的最大功率跟踪的实现[J].电测与仪表，2010，47（11）：42-46.
[4]陈兴峰,曹志峰,许洪华,等.光伏发电的最大功率跟踪算法研究[J].可再生能源,2005,119(1):8-11.
[5]杨文杰，光伏发电并网与微网运行控制仿真研究[D].四川：西南交通大学，2010. [6]张翔,王时胜,余运俊,等.基于电导增量法MPPT仿真研究[J].科技广场.2013(7):60-64.
论文作者:焦明曦1,魏庆亮2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/7/4
标签：步长论文; 电导论文; 光伏论文; 增量论文; 电池论文; 最大功率论文; 电压论文; 《电力设备》2016年第9期论文;