基于滯環(huán)控制的MPPT擾動(dòng)觀(guān)測(cè)改進(jìn)方法

靖永海 鄺小飛 陶鈞炳

摘 要：在光伏并網(wǎng)發(fā)電的過(guò)程中需要對(duì)光伏電池的最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤控制，來(lái)使得電池的利用率最高，提高發(fā)電效率。分析了 MPPT 的基本擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法的原理，并且分析它的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)之上提出了一種基于滯環(huán)控制的MPPT擾動(dòng)觀(guān)測(cè)改進(jìn)方法，添加滯環(huán)技術(shù)進(jìn)行二次判斷，來(lái)保證搜索算法的準(zhǔn)確性，可避免誤判現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)擾動(dòng)方法在MPPT點(diǎn)出現(xiàn)振蕩的問(wèn)題有效抑制。

關(guān)鍵詞：滯環(huán)控制；MPPT；改進(jìn)方法

一直以來(lái)光伏發(fā)電的隨機(jī)性問(wèn)題始終存在，其根源在于改變光伏電池輸出特性的不可控外因較多，造成了光伏電池較為復(fù)雜的非線(xiàn)性發(fā)電特性。通常為實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的最大化，控制裝置需對(duì)其最大功率點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，即進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT），現(xiàn)階段常用的MPPT方法包括：擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法、恒定電壓法、模糊控制法、導(dǎo)納增量法等。

1 基本的擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法

MPPT 的實(shí)現(xiàn)過(guò)程本質(zhì)上采取的自尋優(yōu)機(jī)制，即通過(guò)控制端電壓或其他物理量，使光伏電池能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下智能化地輸出最大功率Pm。擾動(dòng)觀(guān)察法MPPT的原理如圖1所示。

擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法的原理為：光伏電池初設(shè)定工作在某一參考電壓Vref下，并為該參考電壓假定一變化方向和較小的步長(zhǎng)，然后使輸出電壓按假定方式變化。

上述擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法實(shí)現(xiàn)的MPPT原理簡(jiǎn)單，且對(duì)光伏系統(tǒng)參數(shù)精確度要求不高，在環(huán)境變化較緩慢的場(chǎng)合下，一般可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT需求。

然而，擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法MPPT多采取定步長(zhǎng)機(jī)制，存在MPPT采樣步長(zhǎng)和跟蹤時(shí)間之間固有的矛盾問(wèn)題。其中，小采樣步長(zhǎng)可提高M(jìn)PPT精度，但其響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)；反之，大采樣步長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間較短，但其MPPT穩(wěn)態(tài)精度受到了限制。上述問(wèn)題，始終困擾著光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用。

2 擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法改進(jìn)

定步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法是一種自尋優(yōu)的搜索控制方法，一般而言存在前文指出的MPPT點(diǎn)附近的振蕩和誤判問(wèn)題。基于此，本文提出一種基于滯環(huán)控制的MPPT擾動(dòng)觀(guān)測(cè)改進(jìn)方法。

當(dāng)光伏電池輸出功率在設(shè)定的滯環(huán)范圍內(nèi)變化時(shí)，需要維持光伏電池的工作電壓不變，只有當(dāng)功率的波動(dòng)量超出設(shè)定的誤差范圍時(shí)，控制系統(tǒng)以一定的規(guī)律介入改變光伏電池的工作點(diǎn)電壓。為此，基于滯環(huán)控制的MPPT擾動(dòng)觀(guān)測(cè)改進(jìn)方法通過(guò)增加一個(gè)新的測(cè)量信息，并引入具有滯環(huán)特性的雙向擾動(dòng)，具體如下：

1）在擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法實(shí)現(xiàn)MPPT的過(guò)程中，已知A點(diǎn)和B點(diǎn)分別為當(dāng)前工作點(diǎn)和擾動(dòng)后待測(cè)量點(diǎn)，而滯環(huán)MPPT新增的C點(diǎn)則有兩種選擇，分別為B點(diǎn)反方向兩個(gè)步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的觀(guān)測(cè)點(diǎn)或正方向一個(gè)步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的觀(guān)測(cè)點(diǎn)。

2）假設(shè)當(dāng)前工作點(diǎn)A處并未發(fā)生誤判斷現(xiàn)象，故可將當(dāng)前工作點(diǎn)A作為搜索中心，在其左右各取一點(diǎn)形成滯環(huán)，即A點(diǎn)為始終處于B、C兩點(diǎn)之間的滯環(huán)中心點(diǎn)。此時(shí)，令A(yù)、B、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)功率分別為PA、PB、PC，并對(duì)其進(jìn)行比較可得其對(duì)應(yīng)九種關(guān)系，見(jiàn)圖2。圖中，當(dāng)PA>PC時(shí)記作“+”，當(dāng)PB>PA時(shí)記作“+”，反之均將其記作“-”。

3）通過(guò)對(duì)A、B、C三點(diǎn)之間的功率進(jìn)行比較判斷，可以得出以下規(guī)律：規(guī)律1，若兩次擾動(dòng)的功率比較值均為“+”，則電壓值保持原方向擾動(dòng)；規(guī)律2，若兩次擾動(dòng)的功率比較值均為“-”，則電壓值保持反方向擾動(dòng)；規(guī)律3，若兩次擾動(dòng)的功率比較值有“+”、“-”，則維持電壓不變。

至此，滯環(huán)比較法實(shí)際上是通過(guò)雙向擾動(dòng)確定的方法來(lái)保證搜索算法的準(zhǔn)確性，可有效避免誤判現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)擾動(dòng)方法在MPPT點(diǎn)出現(xiàn)振蕩的問(wèn)題有效抑制。

3 結(jié)論

論文研究了基于滯環(huán)控制的MPPT擾動(dòng)觀(guān)測(cè)改進(jìn)方法，可以得出以下結(jié)論：

1）基本的擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法MPPT存在MPPT采樣步長(zhǎng)和跟蹤時(shí)間之間固有的矛盾問(wèn)題

2）基于滯環(huán)控制的MPPT擾動(dòng)觀(guān)測(cè)改進(jìn)方法，可增加MPPT穩(wěn)定精度，削弱穩(wěn)定擾動(dòng)，有較好的輸出特性。

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作者簡(jiǎn)介：靖永海（1989-），男，河南新鄉(xiāng)人，碩士，研究領(lǐng)域：光伏并網(wǎng)微逆變器。