光伏電池最大功率點跟蹤控制技術綜述

秦媛倩

【摘要】為了高效地利用太陽能資源，對太陽能電池的最大功率點跟蹤技術相繼被提出，本文主要通過對最大功率點跟蹤算法進行梳理和歸納，分析各種控制算法的特點，為后續研究方向提供一定的參考。

【關鍵詞】最大功率點跟蹤 太陽能 控制

一、引言

隨著能源危機的到來，清潔能源的運用備受關注，尤其以太陽能能源的應用較為廣泛，但由于光伏電池的輸出特性為非線性，因此，如何最大限度的獲得太陽能的輸出能量成為研究熱點，由此，基于最大功率點跟蹤控制算法相繼被提出。

二、最大功率點跟蹤控制方法

1、固定電壓跟蹤法。在環境溫度一定時，不同的光照強度下光伏電池的最大功率點幾乎落在同一根垂直線的兩側鄰近，因此把最大功率線近似地看成電壓為固定值的一根垂直線，使光伏電池工作于某一個固定的電壓，這就是固定電壓跟蹤法。早期的光伏發電系統最大功率點跟蹤控制方法是在光伏陣列和負載之間通過一定的阻抗變換，使得光伏系統成為一個穩壓器，構成固定電壓式的MPPT控制。但由于實際運行環境中，溫度不斷變化，該方法并不能在所有的不同環境溫度下實現最大功率點跟蹤，因此，該方法適用于溫度變化不明顯的場合。

2、擾動觀察法。擾動觀察法其原理是周期性的增加或者減少太陽能電池輸出的電壓，然后觀測之后其輸出功率變化方向，進而決定下一步的控制信號，此種控制方法雖然原理簡單，但是其響應速度慢，僅適合應用于光照強度變化較為緩慢的場合，而且在光照變化較快時，容易產生誤判。C.Hua等提出一種變步長尋優的方法，目的在于使得在離最大功率點較遠的地方，使用大步長跟蹤，提高跟蹤速度，在離最大功率點較近的地方，使用小步長跟蹤，減小振蕩幅度，較傳統步長為固定大小的擾動觀察法而言，提高了控制精度。姚曉君等提出一種光伏電池的一種自適應最大功率跟蹤算法，利用輸出功率的變化量來形成擾動信號，從而根據擾動指令對DC/DC變換器的占空比進行PI調節。劉傳洋等提出一種對光伏電池最大功率點跟蹤算法的優化設計，根據光伏電池的電壓和電流計算得到光伏電池的瞬時功率，通過兩個采樣點瞬時功率的差值決定擾動步長以及DC/DC變換器的占空比。為了降低擾動觀察法得誤判概率，提出了將擾動觀察法與模糊控制方法相結合的控制算法，以脈寬調制電路的占空比作為擾動量進行跟蹤控制。為了提高系統抗干擾能力，降低誤判.學者們提出了利用三次插值法以及3段變步長爬山法，在外界環境溫度有較大波動時以最快速度重新到達自尋優區。

3、電導增量法。K.H-Hussein于1995年提出了電導增量法，通過光伏陣列的P-U曲線，在最大功率點處斜率為0，在輸出電導的變化量等于輸出電導的負值時，光伏電池即工作在最大功率點處。

傳統電導增量法采用固定步長，在步長選擇較大時，對光照強度的變化跟蹤快，但震蕩較為嚴重，當步長較小時，雖然震蕩減輕，但對光照強度變化跟蹤慢，因此，基于固定步長的缺陷，蔡明想等提出了一種采用變步長的方式，當工作點遠離最大功率點時，加大步長，加快跟蹤，當工作點在最大功率點附近時，減小步長，提高跟蹤精度。學者們對于電導增量法做了諸多改進，提出了一種電導增量法與模糊控制組合算法，當光伏系統工作在最大功率點附近時采用模糊控制實現MPPT控制，在光伏系統工作于遠離最大功率點時，采用電導增量法實現MPPT控制，達到了較好的控制效果。還提出了一種固定電壓法結合電導增量法的控制算法，在外界溫度環境發生突變時，使用固定電壓法將光伏陣列的工作點調整到最大功率點附近，隨后用小步長的電導增量法逼近最大功率點。同時，使用零均值法改善最大功率點附近的震蕩問題，使用微分一跟蹤器方法對電導增量法進行優化改進，結合智能數據庫達到實時跟蹤控制等等。

4、其他方法。利用粒子群優化算法突出的尋優功能提出了基于粒子群優化BP神經網絡的光伏電池跟蹤控制算法，利用模糊控制算法針對非線性系統具有良好控制精度的特點，提出了基于模糊邏輯的MPPT算法，加快了響應速度，而由于神經網絡對外界環境的變化有極為強大地自習能力，學者們將模糊算法、神經網絡相結合，提出了更為精確的MPPT控制算法，同時還有負載跟蹤控制法、光源跟蹤該控制法、開路電壓法等等。

三、小結

在電力新能源強勢發展的今天，太陽能作為主要清潔能源之一扮演著十分重要的角色，為了獲得穩定、高效的能源，控制算法的日益成熟為太陽能電池的最大功率點跟蹤奠定了基礎，隨著電力電子技術的不斷發展，太陽能最大功率點跟蹤控制的控制器智能化、集成化勢必成為今后研究重點。