太阳能电池最大功率点跟踪的实现与控制

崔成旺+王昆+杨颖

摘 要 本文分析了太阳能光伏电池最大功率点跟踪技术的原理，简要介绍了用升压型DC-DC变换器如何实现对太阳能电池最大功率点的跟踪，用变步长的电导增量法实现了对最大功率点的跟踪控制。

关键词 太阳能电池；最大功率点跟踪；Boost变换器；变步长

中图分类号 TM91 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）12-0001-01

光伏列阵最大功率点跟踪技术（MPPT）的研究能有效提高太陽能光伏系统效率。当环境温度、太阳辐射照度、负载特性发生变化时，通过寻优控制程序和直流变换电路，使太阳能电池方阵始终工作在最大功率点附近，从而最大程度发挥太阳能电池方阵的效能。

1 太阳能光伏电池MPPT的原理

太阳能光伏阵列的特性曲线是非线性的，当光照度和温度光照度确定的时候，太阳能电池的最大功率点是唯一的。因此，要提高太阳能电池板的转换效率，就要使太阳能发电系统中保持最大输出功率，即太阳能发电系统要能实时地跟踪太阳能电池的最大功率点。

最大功率点跟踪控制（MPPT）是指能够实时检测太阳能电池阵列的直流电压及输出电流，采用一定的控制算法计算太阳能阵列可能的最大功率输出，通过改变电阻的平均电流情况来满足最大功率输出的要求。当使用MPPT控制方式时，即使太阳能电池的所处环境参数发生变化，系统仍然可以运行在最佳状态。

2 通过 DC-DC变换器实现太阳能电池的最大功率点跟踪控制

如果改变加在光伏阵列两端的负载电阻值，就可以改变光伏阵列的工作点，实现跟踪最大功率点跟踪。通过最大功率点跟踪及时速就是完成阻抗匹配的要求。通过DC-DC变换电路可以实现的太阳能光伏阵列的MPPT控制。

DC-DC变换器在太阳能光伏系统中的重要作用主要有两个：

1）MPPT控制器中使用DC-DC变换电路的主要拓扑结构有3种，分别是降压型（Buck）、升压型（Boost）、升—降压型（Buck—Boost）。通过比较Boot电路和Buck电路在太阳能光伏阵列中的应用，Boost电路和Buck电路有更高的能量转换效率，而且占空比对Boost电路转换效率的影响比较小。通过Boost电路的升压作用。可以实现MPPT控制的输出电压与负载所需要的电压匹配。

2）如图1所示，光伏阵列接Boost变换电路，当RL（负载电阻）固定不变时，调节Boost电路占空比D就可以改变Rin的值，使Rin与光伏电池板的输出电阻匹配，从而输出将光伏电池板的最大功率，因此，通过调节光伏阵列的工作点可以实现最大功率点的跟踪。

3 通过变步长的电导增量实现最大功率点跟踪

控制

图2是变步长电导增量法的仿真模型。

当前天气的变化用电流的变化值ΔI表示。通过光伏电池的I-V曲线得出，在工作电压为Voc和Vmpp时，太阳能电池光伏阵列具有接近于线性的工作特性，因此积累因数β应该是接近0的正数。

仿真结果表明：当光照度为1 000W/m2，温度为298K时，我们运用变步长的电导增量算法，在0.01s内输出功率就可以达到最大功率值，MPPT跟踪曲线无明显波动，平滑，能量的损失减至最低，跟踪的稳态性和动态性有了较好兼顾。如果改变跳变函数，观察仿真在光照度发生变化时的现象，实验结果表明系统响应快。当光照度和温度参数发生跳变，在较短时间内，功率输出波形能够监测到变化情况下的最大值，达到最大值之后光伏电池的I-V曲线、平滑，具有稳定的新工作点，使光伏阵列始终保持最大功率输出。

4 结论

本文介绍了MPPT最大功率点跟踪的控制方法；分析了由和变步长的电导增量法如何实现太阳能电池最大功率点跟踪的原理；通过仿真实验得出变步长的电导增量法比DC-DC变换器具有更好的动态性和稳定性。

参考文献

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