李生福黄业广肖忠云
（贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 550025）
【摘要】以Boost电路为基础，采用扰动观测法，最终改变太阳能光伏电池板的输出电压，以此实现太阳能光伏电池板的MPPT功能。通过在MATLAB/Simulink搭建仿真模型，验证了此控制策略的正确性和可行性。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 Boost；扰动观测法；太阳能光伏电池板；MPPT
【Abstract】In this paper, a perturbation & observation method combined with boost circuit is applied to change the output voltage of solar panels, thus achieves the MPPT control for the PV. A MATLAB/Simulink model is built and the effectiveness and feasibility of this strategy are verified.
【Key words】Boost; Perturbation & Observation Method; Solar photovoltaic panels; MPPT
0引言
近年来，国家大力发展可再生能源，太阳能的发展得到了足够的重视。太阳能光伏电池的输出特性受负载大小、环境温度、辐射强度、季节性更替等因素的影响，导致其输出功率不稳定，转换效率较低。本文通过建立光伏电池的数学模型，以Boost电路为基础，采用扰动观测法，使光伏电池迅速地工作于最大功率点(MPP)附近，有效地提高了光伏电池的利用率。
1光伏MPPT原理
1.1光伏MPPT简介
光伏电池的输出功率存在一个最大值，它所对应的工作电压就是最大功率点电压。但是太阳能电池的输出特性（I-U）、（P-U）受外界环境影响很大，温度和光照辐射度的变化都可以导致特性发生很大的变化，如果不及时调整太阳能电池的输出电压，太阳能电池将不能工作在最大功率输出状态；另外光伏电池的转换效率也较低，目前成本较高，初期投入大，因此有必要采取具有MPPT(最大功率点跟踪)功能的控制来提高光伏系统的效率。
1.2最大功率跟踪实现原理
如图1所示，在光伏发电系统的实际电路中，由于DC/DC变换器连接光伏电池阵列与负载，通过改变DC/DC变换器开关的PWM占空比使负载与光伏阵列相匹配，即可达到调节光伏阵列工作点的目的，使光伏电池工作在最大功率点(MPP)处。本文中DC/DC变换环节采用Boost电路来实现。Boost电路为一种升压变换器，它可以使直流侧的电压配置更加灵活，此外Boost电路本身具有较高的效率，其中的二极管，可以用做自然的防反二极管，防止电网侧的能量供给光伏方阵，这样在光伏伏方阵这一侧就可以省去一个防反二极管，提高了系统的整体效率。
1.3扰动观测法
扰动观察法控制的基本思想是先对光伏电池输出电压或电流给一定步长的扰动，然后通过检测传感器对光伏电池输出电压和电流进行检测，再根据检测出的电压和电流的变化情况综合判断该时刻扰动电压或电流对光伏电池输出功率的变化情况，最终扰动的结果是促使光伏电池工作点在最大功率输出点上。无论当前光伏电池输出功率是处在那个位置我们都可以通过一定量的扰动幅值来使光伏电池输出功率逐步接近Pmax，所以我们也称为扰动观察法为逐步逼近法。如图2中，若光伏电池的工作点在Pmax的左侧时，我们通过逐步增加输出电压（U1→U2→U3→Umax）驱使光伏电池的输出功率无限接近Pmax，若光伏电池的工作点在Pmax的右侧，就通过逐步减小输出电压（U5→U4→Umax）驱使光伏电池输出功率接近Pmax。由此，就使用ΔP/ΔU代替dP/dU，在最大功率点处满足：ΔP/ΔU=0。
2仿真结果分析
本仿真模型，在标准状况S=1000W/m2，T=25℃的条件下，接入负载R=1Ω电阻，稳压源U=36V与Boost电路，Boost电路输入端电容取C=0.01F，电感取L=0.005H。在0-2.5秒时不加入MPPT控制，使用固定占空比D=70%，将电压控制在10.8V左右，2.5-5秒时投入MPPT。输出电流、电压与功率如图3所示：
由图3可以看出，投入MPPT前输出电压约为10.8V，投入后约为21V，输出电压明显增大，基本达到了最大功率点电压。
（上接第107页）由图4可以看出，投入MPPT前输出功率约为60W，投入后约为85W，基本达到了最大功率点输出功率。输出功率初值会有较大的波动，但最终将在最大功率点附近以振荡方式趋于平稳，表明最大功率得以成功跟踪。当光照强度变化时，输出电流明显增大，输出电压也明显增大，功率也在增大，证明了该MPPT控制可以有效地使PV模块在不同的光照强度下均能工作在最大功率点附近。
3结论
本文基于扰动观察法的控制策略，通过改变Boost斩波电路的电力电子开关器件PWM信号的占空比对光伏组件的输出电压进行扰动，以判断光伏组件是否工作在最大功率点处，并对其进行反馈控制，使其进行最大功率输出，极大地改善了光伏组件非控制情况下输出功率不足的情况，提高了光伏系统的效率。并且通过MATLAB/Simulink进行仿真验证，实验结果表明能实现MPPT功能。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献
［1］Stefan Krauter.太阳能发电:光伏能源系统[M].王宾,董新洲,译.北京:机械工业出版社,2008:13-40.
［２］赵争鸣,刘建政,孙晓瑛,等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005:109-134.
［３］Fangrui Liu, Shanxu Duan, Fei Liu, Bangyin Liu, et al.A Variable Step Size INC MPPT Method for PV Systems[J].IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS,2008,55(7):2622-2628.
［４］赵晶.带有MPPT功能的光伏矩阵仿真模型[J].厦门理工学院学报,2008,16(3):53-56.
［５］周林,武剑,果秋华,等.光伏阵列最大功率点跟踪控制方法综述[J].高电压技术,2008,34(6):1145-1152.
［６］陈兴峰,曹志峰,许洪华,等.光伏发电的最大功率跟踪算法研究[J].可再生能源,2005,119(1):8-11.
［７］雷元超,陈春根,沈骏,等.光伏电源最大功率点跟踪控制方法研究[J].电工电能新技术,2004,23(3):76-80.
［责任编辑：汤静］