光伏電池最大功率點跟蹤控制方法的對比研究及改進

　　表1 MPPT控制方法比較

　　3 改進爬山法研究

　　考慮到爬山法有較好的跟蹤效率，且實現簡單等顯著優點，本文采用一種改進爬山法，該方法采用CVT啟動及變步長的控制策略。CVT啟動方法是以0.78倍的開路電壓作為爬山法的運行初值，能較好地克服爬山法在啟動時產生的采樣誤差的缺點，能提高跟蹤速度。變步長控制法的思想是：當距最大功率點比較遠時，步長取較大，跟蹤速度加快;當距最大功率點比較近時，步長取較小，慢慢接近最大功率點;當非常接近最大功率點時，穩定在該點工作。該變步長法能克服爬山法在最大功率點附近振蕩的缺點。改進爬山法控制流程圖如圖3所示。

　　4 改進爬山法仿真分析

　　光伏發電系統最大功率點跟蹤器采用Boost

　　圖3 改進爬山法控制流程圖

　　DC/DC變換電路來實現，通過調節PWM波的占空比控制功率的輸出。在Boost變換器的電路中串入MPPT控制系統，利用Matlab/simulink搭建仿真模型，編寫S函數作為MPPT的控制模塊，對光伏電池的最大功率點進行追蹤，MPPT仿真模型如圖4所示。

　　圖4 MPPT仿真模型

　　對短路電流3.2 A、開路電壓22 V、最大功率點電流2.94 A和最大功率點電壓17 V的光伏電池模塊組成17伊1的光伏電池陣列進行仿真，即其短路電流和光伏電池陣列的開路電壓分別為3.2 V和374 V，光伏電池陣列最大功率點電流和最大功率點電壓分別為2.94 A和289 V。光伏陣列輸入光強為1 000 W/m2，溫度為25 益。為了形成對比，對不加MPPT控制器的光伏發電系統、加爬山法MPPT控制器的光伏發電系統和加改進爬山法MPPT控制器的光伏發電系統分別進行仿真實驗，仿真結果如圖5所示。

　　圖5 MPPT仿真圖形

　　由圖5可見，未加MPPT控制的光伏電池輸出功率振蕩范圍很大，輸出功率很不穩定。爬山法MPPT控制系統能較好地跟蹤到最大功率點，但是在最大功率點處還有一定振蕩。改進爬山法的MPPT控制系統有效地改善了爬山法的缺點，在最大功率點附近振蕩小，跟蹤速度也比較快，提高最大功率跟蹤的效率。

　　5 結論

　　綜上所述，通過對幾種常見的MPPT控制方法的比較研究，可以看出，恒定電壓法控制簡單且易實現，但跟蹤精度差，在外界環境變化時，會產生較大誤差;爬山法簡單實用、跟蹤效率高，但在最大功率點附近會發生振蕩，存在誤差;電導增量法雖然跟蹤快速穩定，但由于實際的光伏發電系統中電壓和電流的檢測所依賴的傳感器精度的有限性，采用電導增量法很難達到預期的最大功率跟蹤效果。所以本文采用一種改進爬山法，并對其進行仿真實驗，仿真實驗證明基于變步長的改進爬山法能夠克服爬山法存在的振蕩現象和能量的損失，并且結合CVT啟動能夠更加快速地實現最大功率點跟蹤。因此改進爬山法克服了常規跟蹤算法中存在的效率低、能量損失大、不穩定等的缺點，可以很好地適應各種場合對光伏系統MPPT控制的要求，是一種較理想的MPPT控制方案。