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摘要：针对光伏发电系统中最大功率点跟踪算法在跟踪速度和精确度等方面存在优缺点的分析研究，提出了恒定电压法与变步长的滞环比较法相结合的MPPT新算法。。
关键词：MPPT；恒定电压法； Matlab/Similink
1 光伏阵列特性
1.1光伏电池等效模型
光伏组件是由具有将太阳辐射能转换为电能的光伏电池串并联组成，光伏电池的工作原理图见图1，光伏电池的特性方程如式（1）所示[1-3]。
式中： 为光子在光伏电池中激发的电流； 为光伏电池在无光照时的饱和电流；q为电子的电荷；K为玻尔兹曼常数；A为常数因子；RL为光伏电池的外接负载； 为负载电流； 为负载电压； 为串联电阻； 为旁路电阻。
2 MPPT算法的提出
恒定电压法[4]不能保证光伏阵列达到最大功率输出，只能保证光伏阵列工作于最大功率点附近。为了充分利用光伏阵列的输出功率，当光伏系统实现恒定电压法的控制目标后，可在最大功率点附近采用变步长的滞环比较法[5]进行精确的调节，以减少在最大功率点附近振荡引起的扰动损失。
由恒定电压法和变步长滞环比较法结合的MPPT算法程序流程见图2，由流程图可知，首先应该根据光伏组件中的电池参数，根据标准条件下（S=1000W/m2，T=25）的光伏电池参数确定光伏组件的开路电压，根据恒定电压法确定最大功率点附近的一个运行电压，然后再根据变步长的滞环比较法进行精确的调节，使其能快速准确的跟踪到最大功率点，避免了在最大功率点附近往复振荡。光伏系统一旦达到最大功率点，就能够保持长期工作在该点上，直到外部环境发生变化。
恒定电压法可以使光伏组件快速运行在最大功率点的附近，减少最大功率点的搜寻时间；变步长的滞环比较法能够有效克服振荡和误判现象，同时兼顾到速度和精度的要求，能够更加准确地跟踪光伏电池的最大功率点，从而提高光伏系统的发电效率。
3仿真验证
为了验证所提出MPPT控制方法的正确有效性，在Matlab/Simulink 仿真软件下搭建的MPPT控制的仿真模型，把MPPT控制系统串入Boost变换器电路中，通过编写S函数实现恒定电压法与滞环比较法结合的MPPT算法模块，对光伏电池的最大功率点进行跟踪，MPPT的仿真模型如图3所示。为了突出该方法的快速性、准确性，对只采用滞环比较法的 MPPT控制方法也进行了仿真。
根据图8的光伏系统MPPT仿真模型，分别在MPPT控制算法模块应用恒定电压法与变步长的滞环比较法相结合的方法实现对最大功率跟踪的仿真，仿真结果图4所示。在图4中，功率输出值一开始就在一个较大的数值上，0.01s处开始迅速的跟踪最大功率点，0.02s即可实现最大功率点跟踪。能够很好地跟踪最大功率点，减少误判的可能。
4 结论
本文对光伏电池特性进行了详细的分析，针对光伏系统的最大功率点跟踪问题进行了研究，提出了恒定电压法与变步长的滞环比较法结合的MPPT算法。仿真结果表明，二者结合的MPPT算法能够有效地缩短最大功率点跟踪的时间，并且能有效地克服振荡和误判现象，同时兼顾到跟踪速度和精度的要求。
参考文献
[1] 刘传洋.光伏电池最大功率跟踪算法的优化设计[J].通信电源技术，2012，29（4）： 52-54.
[2] 刘利红，陈启正.基于BOOST电路光伏电池的MPPT仿真研究[J].通信电源技术，2011（9）： 10-13.
[3] 徐鹏威，刘飞，刘邦银等.几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进[J].电力电子技术，2007，41（5）：3-5.
[4] 李晶，窦伟，徐正国等.光伏发电系统中的最大功率点跟踪算法的研究[J].太阳能学报，2007，28（3）：268-273.
[5] 舒杰，王亮平，张先勇等.光伏并网最大功率跟踪的改进型扰动控制[J].电力电子技术，2011，45（9）：64-66.
王航行（1982-），男，本科学历，助理工程师，主要负责电力系统继电保护、自动化设备的安装、调试与检修工作。
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关键词：MPPT；恒定电压法； Matlab/Similink
1 光伏阵列特性
1.1光伏电池等效模型
光伏组件是由具有将太阳辐射能转换为电能的光伏电池串并联组成，光伏电池的工作原理图见图1，光伏电池的特性方程如式（1）所示[1-3]。
式中： 为光子在光伏电池中激发的电流； 为光伏电池在无光照时的饱和电流；q为电子的电荷；K为玻尔兹曼常数；A为常数因子；RL为光伏电池的外接负载； 为负载电流； 为负载电压； 为串联电阻； 为旁路电阻。
2 MPPT算法的提出
恒定电压法[4]不能保证光伏阵列达到最大功率输出，只能保证光伏阵列工作于最大功率点附近。为了充分利用光伏阵列的输出功率，当光伏系统实现恒定电压法的控制目标后，可在最大功率点附近采用变步长的滞环比较法[5]进行精确的调节，以减少在最大功率点附近振荡引起的扰动损失。
由恒定电压法和变步长滞环比较法结合的MPPT算法程序流程见图2，由流程图可知，首先应该根据光伏组件中的电池参数，根据标准条件下（S=1000W/m2，T=25）的光伏电池参数确定光伏组件的开路电压，根据恒定电压法确定最大功率点附近的一个运行电压，然后再根据变步长的滞环比较法进行精确的调节，使其能快速准确的跟踪到最大功率点，避免了在最大功率点附近往复振荡。光伏系统一旦达到最大功率点，就能够保持长期工作在该点上，直到外部环境发生变化。
恒定电压法可以使光伏组件快速运行在最大功率点的附近，减少最大功率点的搜寻时间；变步长的滞环比较法能够有效克服振荡和误判现象，同时兼顾到速度和精度的要求，能够更加准确地跟踪光伏电池的最大功率点，从而提高光伏系统的发电效率。
3仿真验证
为了验证所提出MPPT控制方法的正确有效性，在Matlab/Simulink 仿真软件下搭建的MPPT控制的仿真模型，把MPPT控制系统串入Boost变换器电路中，通过编写S函数实现恒定电压法与滞环比较法结合的MPPT算法模块，对光伏电池的最大功率点进行跟踪，MPPT的仿真模型如图3所示。为了突出该方法的快速性、准确性，对只采用滞环比较法的 MPPT控制方法也进行了仿真。
根据图8的光伏系统MPPT仿真模型，分别在MPPT控制算法模块应用恒定电压法与变步长的滞环比较法相结合的方法实现对最大功率跟踪的仿真，仿真结果图4所示。在图4中，功率输出值一开始就在一个较大的数值上，0.01s处开始迅速的跟踪最大功率点，0.02s即可实现最大功率点跟踪。能够很好地跟踪最大功率点，减少误判的可能。
4 结论
本文对光伏电池特性进行了详细的分析，针对光伏系统的最大功率点跟踪问题进行了研究，提出了恒定电压法与变步长的滞环比较法结合的MPPT算法。仿真结果表明，二者结合的MPPT算法能够有效地缩短最大功率点跟踪的时间，并且能有效地克服振荡和误判现象，同时兼顾到跟踪速度和精度的要求。
参考文献
[1] 刘传洋.光伏电池最大功率跟踪算法的优化设计[J].通信电源技术，2012，29（4）： 52-54.
[2] 刘利红，陈启正.基于BOOST电路光伏电池的MPPT仿真研究[J].通信电源技术，2011（9）： 10-13.
[3] 徐鹏威，刘飞，刘邦银等.几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进[J].电力电子技术，2007，41（5）：3-5.
[4] 李晶，窦伟，徐正国等.光伏发电系统中的最大功率点跟踪算法的研究[J].太阳能学报，2007，28（3）：268-273.
[5] 舒杰，王亮平，张先勇等.光伏并网最大功率跟踪的改进型扰动控制[J].电力电子技术，2011，45（9）：64-66.
王航行（1982-），男，本科学历，助理工程师，主要负责电力系统继电保护、自动化设备的安装、调试与检修工作。
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