基于变步长电导增量法MPPT研究

基于变步长电导增量法MPPT研究

【摘要】光伏电池的输出功率与太阳辐射和环境温度变化，若不加以控制，将不会以最大功率输出。本文提出了一种变步长电导增量法，在光伏发电系统实现最大功率点跟踪。应用MATLAB建立光伏电池板的最大功率点跟踪变步长电导增量法的仿真模型并仿真。仿真结果表明，变步长电导增量法跟踪最大功率点效果良好，相比传统电导增量法，减弱了最大功率点附近振荡的情况，适合于快速变化的环境条件，具有良好的动态和稳态特性。

【关键词】光伏发电；最大功率点跟踪；电导增量法；变步长

Abstract：The power available at the output of photovoltaic cells keeps changing with solar insolation and ambient temperature.If the power output of photovoltaic cells is not well controlled，it will not work at the maximum point.This paper presents a variable step size incremental conductance method for tracking maximum power point in photovoltaic power systems.In this paper，simulation model of photovoltaic system’s maximum power point tracking(MPPT)is developed in the MATLAB software.The results of simulation show this control algorithm significantly improves the efficiency during the tracking phase.As compared to the tradition algorithm about MPPT in photovoltaic power systems.It is especially suitable for fast changing environmental conditions.It reduces the oscillation around the maximum power point with good dynamic and steady-state characteristics.

Key words：photovoltaic power；MPPT；incremental conductance；variable step size

1.引言

由于传统化石燃料的稀缺性和对环境的不利影响，太阳能光伏发电系统变得越来越受欢迎，太阳能的好处是可重复使用、可持续，并不会产生任何污染。然而在外界环境和负载的变化的情况下，太阳能转换成电能的效率并不高。为了在不断变化的环境下提高光伏电池的输出功率，最大功率点跟踪(MPPT)已成为光伏发电系统中一个至关重要的问题。世界各地的学者已经提出了许多最大功率点跟踪的方法[1-3]。本文应用了一种变步长电导增量法，通过仿真实验证明，当外界环境变化时，应用变步长电导增量跟踪方法与传统方法相比，减弱了最大功率点附近振荡的情况，适应能力强，具有良好的动态和稳态特性。

2.光伏电池的原理分析

典型的光伏电池等效电路图如图1所示。

图1 光伏电池的等效电路

根据光伏电池等效电路，可以得出对应的U-I方程如下[4]：

(1)

其中V和I是光伏电池的输出电压和电流；Rs和Rsh是串联和并联电阻，q为电子的电荷量(1.602×10-19C)；Np为并联连接的电池数量，Ns为串联连接的电池数量；n为光伏电池板数，k为波耳兹曼常量(1.38×10-23J)，在光伏电池板的无量纲；Isc是光伏电池产生的光生电流；Tk为绝对温度；I0是光伏电池的反向饱和电流。

在式(1)中，Isc的数学表达式如式(2)所示：

(2)

其中Tr为光伏电池板的参考温度，Iscr为参考温度和辐射时的太阳能电池的短路电流。KI为光伏电池板的短路电流的温度系数，Si为太阳能辐射。Io的数学关系如式(3)所示：

(3)

Irr为光伏电池板在参考温度下的反向饱和电流；Egap为电池使用的半导体的带隙能量。在特定的参数，当RSH的值很高的情况下，理想RS的值是极小的，所以在一般工程应用时，可以把式(1)可以简化如式(4)所示[5]：

(4)

由式