基于改進占空比擾動法的光伏系統(tǒng)的研究

摘 要：最大功率跟蹤技術是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關鍵技術之一。通過對經(jīng)典最大功率跟蹤方法的分析，以及傳統(tǒng)占空比擾動法的比較，采用一種改進的占空比擾動法，該方法能在線調整步長，解決傳統(tǒng)方法出現(xiàn)的“誤判”問題，并通過仿真實驗驗證該方法的有效性。

關鍵詞：最大功率跟蹤；占空比擾動法；光伏系統(tǒng)

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A

1 引 言

持續(xù)增長的傳統(tǒng)能源消耗和不斷惡化的環(huán)境問題已經(jīng)對人類未來的生存和發(fā)展構成了巨大的威脅，因此，可再生能源的應用已經(jīng)得到了政府和普通民眾越來越多的重視。而太陽能光伏發(fā)電具有無污染、無噪聲，幾乎不受地域限制等優(yōu)良因素，使之成為研究的熱點。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列將太陽能轉化為直流電能，再由電力電子變換器將直流電能變換為負載需要的各種形式的電能。由于光伏陣列輸出的電流-電壓（I-V）和功率-電壓（P-V）特性呈非線性、具有最大功率點，而且其最大功率點隨著光照和環(huán)境溫度等因素變化，為了提高系統(tǒng)的能量轉化效率，必須采用適當?shù)淖畲蠊β庶c跟蹤算法控制光伏發(fā)電變換器，保證系統(tǒng)總是運行在光伏陣列最大功率點［1-3］。

國內外的文獻介紹了很多最大功率點跟蹤(MPPT)的方法，經(jīng)典方法有：擾動觀察法、導納增量法、智能控制法等。在實際應用中，各種方法適應的場合不一樣，有著各自的優(yōu)缺點。擾動觀察法是通過對光伏陣列輸出電壓或者電流進行擾動來確定擾動的方向，此方法的優(yōu)點是控制策略簡單，缺點是擾動步長不容易確定，在光照突變時會出現(xiàn)誤判。導納增量法是在光伏陣列輸出功率最大點處功率對電壓的導數(shù)為零，其優(yōu)點是最大功率點處振蕩較小，缺點是對電壓電流傳感器的可靠性要求較高，對外部環(huán)境變化的響應速度慢。對于智能控制算法，包括模糊控制法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡法，雖然智能控制算法精度較高，但仍然存在各自的缺點。模糊控制中模糊表需要根據(jù)經(jīng)驗來確定，在穩(wěn)態(tài)時仍有一定的波動；人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法復雜，硬件實現(xiàn)較困難。

擾動觀察法由于算法簡潔、容易實現(xiàn)、與光伏陣列的電氣特性參數(shù)無關和跟蹤效率高的特點得到了廣泛應用，特別是在環(huán)境不突變的情況下，擾動觀察法有極大的優(yōu)勢。在此基礎上，一些學者對擾動觀察法進行改進，提出占空比擾動法，該算法以占空比D直接作為控制參數(shù)，需要的控制循環(huán)只有一個，相比擾動觀察法，控制器的設計大大簡化。在占空比擾動觀察法中，仍然需要對控制步長的大小進行選擇。其原理類似于擾動觀察法：若步長過小，則追蹤時間長，影響系統(tǒng)的響應速度；反之，若步長過大，則輸出功率出現(xiàn)的振蕩也大，從而增大了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差［4-8］。在此基礎上，本文對占空比擾動法進行改進，該方法能在線調整步長。

2 傳統(tǒng)占空比擾動法

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，通常采用PWM型的DC/AC逆變器和DC/DC變換器連接光伏陣列和負載。在這種拓撲中， 控制變量就是占空比D。利用該算法的系統(tǒng)框圖見圖1。MPPT控制器通過調整占空比D輸出PWM信號來控制變換器的開關管，即調整變換器的等效負載，實現(xiàn)MPPT。