MPPT算法分析.doc

MPPT算法分析在光伏控制系统中，因为日照、温度等条件的变化，光伏电池的输出功率也是在不断变化的，为保证使得光伏电池的输出功率保持在最大点，需要调整光伏电池输出电压（日照强度发生变化时，短路电流变化大，开路电压受影响小；环境温度发生变化时，短路电流受影响小，开路电压变化大）。另外，光伏电池的输出电压和电流也和负载有很大关系，负载大，输出电压大，输出电流小；负载小，输出电压小，输出电流大。光伏电池的MPP中的电压是指光伏电池的输出电压。MPPT算法选择目前，MPPT算法有定电压跟踪（离线）、功率反馈（离线）、扰动观测（在线）、导纳增量（在线）。定电压跟踪法光伏电池的输出功率随着日照等条件会发生变化，但是不管外部条件怎么变化，光伏电池最大功率点对应的电压值基本上变化不大，这个参数是由光伏电池生产厂商确定的，可以通过保持光伏电池输出电压为这个电压就可以使光伏电池输出的功率为最大。但这个电压不是不变的，确定下一个电压，然后跟踪方法存在很大的误差。功率反馈法采集光伏电池的输出电压和电流，计算出功率，然后和数据库中对应的功率进行对比，再调整光伏电池输出电压，来得到MPP。因为电池板输出电流的变化，同一个功率可能对应不同的输出电压，当输出功率变大时减小光伏电池输出电压，当输出功率减小时增加光伏电池输出电压，使输出电压在MPP处振荡，其稳定性和可靠性不好。扰动观测法扰动观测法相对于功率反馈，不依靠数据库进行存储离线数据。主动调整PN侧电压，然后计算电池输出功率，和上次采样计算得到的输出功率比较，如果增加了，就继续增加扰动，如果减小了，就反方向增加扰动，但如果光照或温度突然发生短时变化，可能会发生误判断。导纳增量法因为光伏电池在MPP处，其斜率为0，结合，得到，即，在时间量上，其表达式为。结合t时刻和t-1时刻的光伏电池输出电压电流值来进行判断是否在MPP。若，应减小光伏电池输出电压，反之增加；另外如果dU为0，那么可根据电流的变化来对光伏电池输出电压进行调整，dI0，增加光伏电池输出电压，反之则减小光伏电池输出电压。因为其算法相对复杂，其实时性问题较大，另外，步长的选择也很关键（考虑根据来确定步长，以其绝对值来进行判断，当时较大时，系统跟踪的步长较大；当较小时，系统跟踪的步长较小）。综合考虑，MPPT的算法采用导纳增量法来进行软件实现，即采集PN侧电压、流向PN侧的电流数据，计算、和，判断与的关系，大于，此时应按减小PN侧的目标电压；若小于，此时应按增加PN侧的目标电压。MPPT硬件选择MPPT的实现是通过调节光伏电池输出电压来实现的，若光伏电池输出电压直接连接到DC/AC的PN侧，那么光伏电池输出电压波动就会直接影响PN侧电压，最好是在光伏电池和DC/AC之间加一个中间环节，通过这个中间环节来调整输入电压，保持输出电压稳定，增加或减小输出电流。这个功能一般有BUCK、BOOST、BUCK-BOOST、CUK电路和开关电路可以选择，但BUCK电路是连续向负载供电、间接从电源取电；BOOST电路时间接向负载供电、连续从电源取电，为保证光伏电池板的发电效率得到较好使用，一般选择BOOST电路来实现MPPT。选择BOOST电路来实现MPPT算法，其结构拓扑如下图。考虑成本问题，再加上光伏电池输出的所有最大功率点对应的输出电压差别不是很大，MPPT不使用DC/DC电路来实现，在现有的DC/AC平台上进行实现。MPPT程序实现变流器的工作流程为：启动预充电PN侧抬压接入光伏电池输出（MPPT）。可以确定，MPPT的作用是在电压环上作用，并且是在变流器进入工作状态后开始工作。采用现有的DC/AC平台来实现MPPT，存在两个问题：控制步长（时间间隔）问题、扰动步长问题、判断精度问题。控制步长问题PN侧电压在MPPT过程中会产生一定的波动，但因为对于光伏电池来说（结合下面两图），其最大功率点对应的电压大致都在一个不大的范围内，并且都接近开路电压，所以，对于在DC/AC上实现MPPT，要考虑多长时间对PN侧目标电压进行一次更新。目前State Manage函数是0.1ms进入一次，可以考虑MPPT的控制步长为0.20.5ms，步长暂定为0.3ms。相同光照、不同温度相同温度，不同光照扰动步长问题考虑在变流器进入工作状态后，其PN侧电压为较稳定的值，即使光照强度、环境温度发生变化，光伏电池的最大功率点电压的变动范围不会很大。根据其采集回来的PN侧电压和光伏电池输出电流，并计算和前一时刻的功率差值，根据电导增量法进行判断，然后在目标跟踪电压上增加或减小一定的步长。因为在光伏电池开始工作后，PN侧电压不是从0开始的，而是在光伏电池最大功率点对应电压附近，所以的值会比较小，K值的设置通过调试程序获得，K暂定为5。判断精度问题由导