光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤方法的研究及其仿真

摘 要： 在分析光伏陣列的數(shù)學(xué)模型和輸出特性的基礎(chǔ)上，提出了自適應(yīng)擾動(dòng)控制算法。對(duì)該算法進(jìn)行了理論分析，建立了光伏系統(tǒng)的仿真模型，并在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠快速地跟蹤到最大功率點(diǎn)，在光照強(qiáng)度突變的情況下也能快速追蹤到最大功率點(diǎn)，具有較好的控制性能。
關(guān)鍵詞： 光伏陣列特性；最大功率跟蹤；仿真

　光伏電池在太陽(yáng)光照射下可以發(fā)電并帶動(dòng)負(fù)荷，但其生產(chǎn)成本偏高，發(fā)電效率較低。而利用最大功率跟蹤技術(shù)可以提高太陽(yáng)能的利用率，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本，提高光伏發(fā)電的性價(jià)比，有效地推動(dòng)了光伏發(fā)電的應(yīng)用[1]。目前常用的最大功率跟蹤方法有擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法等，這些方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。本文介紹了一種自適應(yīng)擾動(dòng)觀察法MPPT控制方法并對(duì)其進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明該方法具有較好的控制性能。
1 光伏電池的數(shù)學(xué)模型
　如圖1所示，把光伏電池看成能穩(wěn)定產(chǎn)生光電流Ig的電流源，與之并聯(lián)的有一個(gè)處于正偏電壓下的二極管及一個(gè)并聯(lián)電阻Rsh。二極管的正向電流ID和旁路電流都要靠Ig提供，剩余的光電流經(jīng)過串聯(lián)電阻Rs流出太陽(yáng)能電池進(jìn)入負(fù)載Ro[2]。

　光伏電池輸出特性方程為：

　式中，Ig為光生電流；Id為二極管飽和電流；q為電荷電量(1×10-19C)；A為二極管因子；K為波爾茲曼常數(shù)(1.38×10-25J/K)；T為開氏溫度(K)；Vo為電池的輸出電壓；Io為電池的輸出電流；Rs為等效串聯(lián)電阻；Rsh為等效并聯(lián)電阻；Tr為參考溫度(K)；Idr為暗飽和電流(A)；EGo為半導(dǎo)體材料的禁帶寬度(J)；ISCR為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下光伏電池的短路電流(A)；KI為短路電流的溫度系數(shù)(A/K)。
　本文根據(jù)光伏電池的輸出特性建立仿真模型，得到了光伏電池的I-U特性曲線和P-U特性曲線。圖2、圖3分別為光伏電池在溫度不變、光照強(qiáng)度由1 000 W/m2~200 W/m2情況下的I-U和P-U特性曲線，從圖中可以看出光伏電池的輸出功率在不同的光照強(qiáng)度下的變化。圖4、圖5分別為光伏電池在光照強(qiáng)度不變，溫度由20℃~100℃情況下的I-U和P-U特性曲線，從圖中可以看出光伏電池的輸出功率隨著溫度的升高而緩慢減小；光伏電池是一種非線性直流電源，最大功率點(diǎn)隨著日照情況和溫度的變化而變化[3]。每條曲線都存在一個(gè)最大功率點(diǎn)，這個(gè)功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)唯一的電池輸出電壓。因此通過調(diào)節(jié)光伏電池的輸出電壓使其趨近最大功率點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。