基于改進擾動觀察法的光伏陣列MPPT研究

摘要：針對常規擾動觀察(P＆0)法由于環境快速變化帶來的失效性問題，提出一種基于改進P0法的最大功率點跟蹤(MPPT)算法。采用一種壓阻可變的方法模擬光伏陣列的輸出特性。改進PO法通過控制Boost變換器的占空比改變變換器的輸入電壓，從而實現MPPT。以DSP芯片TMS320LF2407A為控制電路主處理器，以Boost變換器為主拓撲電路，搭建了模擬光伏陣列MPPT實驗系統。實驗結果表明，該改進算法能有效地跟蹤光伏陣列最大功率點(MPP)。
關鍵詞：光伏陣列；變換器；最大功率點；擾動觀察法

1 引言
太陽能光伏發電是新能源和可再生能源的重要組成部分，能量轉換效率較低是其發展受到制約的主要因素之一。要提高轉換效率，需有效地解決MPPT問題。常用的MPPT方法有：PO法、恒定電壓法、導納增量法、最優梯度法等，文獻比較了各方法的優缺點；文獻深入研究了幾種算法的合成算法；文獻介紹了自適應模糊控制法等智能MPPT算法。
PO法是工程上實現MPPT最常用的方法之一，其跟蹤方法簡單，易于模塊化控制，但在外界環境快速變化時該算法存在失效問題。此處提出一種改進的PO法，以提高系統應對外界環境快速變化的能力。采用一種壓阻可變的方法模擬光伏陣列的輸出特性，通過改進PO法控制Boost變換器的占空比來實現MPPT。

2 光伏陣列特性
光伏電池的基本結構是能夠將光能轉換為電能的PN結，其等效模型如圖1所示。

光伏電池輸出特性方程為：

式中：IL為負載電流；IG為光電流；Io為電池內部等效二極管反向飽和電流；Uoc為開路電壓；UVD為等效二極管端電壓；A為PN結曲線常數；K為波爾茲曼常數；q為電子電荷；T為電池表面溫度；Rs為串聯電阻；Rsh為旁路電阻。
在實際運行中，按照需要的功率和電壓等級，可將若干個單體光伏電池串、并聯組成光伏陣列。為了既便于說明問題，又不失一般性，此處采用光伏陣列的理想模型，其輸出為：

式中：Uall，Iall，Pall分別為光伏陣列的輸出電壓、電流和功率；Ucell，Icell，Pcell分別為單體光伏電池的電壓、電流和功率；
Ns，Np分別為光伏陣列中串、并聯的電池個數。