基于滯環控制的MPPT擾動觀測改進方法

靖永海 鄺小飛 陶鈞炳

摘 要：在光伏并網發電的過程中需要對光伏電池的最大功率點進行跟蹤控制，來使得電池的利用率最高，提高發電效率。分析了 MPPT 的基本擾動觀測法的原理，并且分析它的優缺點。在此基礎之上提出了一種基于滯環控制的MPPT擾動觀測改進方法，添加滯環技術進行二次判斷，來保證搜索算法的準確性，可避免誤判現象發生，同時對傳統擾動方法在MPPT點出現振蕩的問題有效抑制。

關鍵詞：滯環控制；MPPT；改進方法

一直以來光伏發電的隨機性問題始終存在，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雜的非線性發電特性。通常為實現光伏發電系統輸出功率的最大化，控制裝置需對其最大功率點進行實時追蹤，即進行最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT），現階段常用的MPPT方法包括：擾動觀測法、恒定電壓法、模糊控制法、導納增量法等。

1 基本的擾動觀測法

MPPT 的實現過程本質上采取的自尋優機制，即通過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境下智能化地輸出最大功率Pm。擾動觀察法MPPT的原理如圖1所示。

擾動觀測法的原理為：光伏電池初設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，然后使輸出電壓按假定方式變化。

上述擾動觀測法實現的MPPT原理簡單，且對光伏系統參數精確度要求不高，在環境變化較緩慢的場合下，一般可實現光伏發電系統的MPPT需求。

然而，擾動觀測法MPPT多采取定步長機制，存在MPPT采樣步長和跟蹤時間之間固有的矛盾問題。其中，小采樣步長可提高MPPT精度，但其響應時間較長；反之，大采樣步長響應時間較短，但其MPPT穩態精度受到了限制。上述問題，始終困擾著光伏發電系統應用。

2 擾動觀測法改進

定步長的擾動觀測法是一種自尋優的搜索控制方法，一般而言存在前文指出的MPPT點附近的振蕩和誤判問題?；诖?，本文提出一種基于滯環控制的MPPT擾動觀測改進方法。

當光伏電池輸出功率在設定的滯環范圍內變化時，需要維持光伏電池的工作電壓不變，只有當功率的波動量超出設定的誤差范圍時，控制系統以一定的規律介入改變光伏電池的工作點電壓。為此，基于滯環控制的MPPT擾動觀測改進方法通過增加一個新的測量信息，并引入具有滯環特性的雙向擾動，具體如下：

1）在擾動觀測法實現MPPT的過程中，已知A點和B點分別為當前工作點和擾動后待測量點，而滯環MPPT新增的C點則有兩種選擇，分別為B點反方向兩個步長對應的觀測點或正方向一個步長對應的觀測點。

2）假設當前工作點A處并未發生誤判斷現象，故可將當前工作點A作為搜索中心，在其左右各取一點形成滯環，即A點為始終處于B、C兩點之間的滯環中心點。此時，令A、B、C三點對應功率分別為PA、PB、PC，并對其進行比較可得其對應九種關系，見圖2。圖中，當PA>PC時記作“+”，當PB>PA時記作“+”，反之均將其記作“-”。

3）通過對A、B、C三點之間的功率進行比較判斷，可以得出以下規律：規律1，若兩次擾動的功率比較值均為“+”，則電壓值保持原方向擾動；規律2，若兩次擾動的功率比較值均為“-”，則電壓值保持反方向擾動；規律3，若兩次擾動的功率比較值有“+”、“-”，則維持電壓不變。

至此，滯環比較法實際上是通過雙向擾動確定的方法來保證搜索算法的準確性，可有效避免誤判現象發生，同時對傳統擾動方法在MPPT點出現振蕩的問題有效抑制。

3 結論

論文研究了基于滯環控制的MPPT擾動觀測改進方法，可以得出以下結論：

1）基本的擾動觀測法MPPT存在MPPT采樣步長和跟蹤時間之間固有的矛盾問題

2）基于滯環控制的MPPT擾動觀測改進方法，可增加MPPT穩定精度，削弱穩定擾動，有較好的輸出特性。

參考文獻：

[1] 魏芬.淺談MPPT太陽能充電控制器[J].科技風，2015（22）：35.

[2] 黃克亞.光伏系統最大功率點跟蹤實現算法比較研究[J].科技風，2010（12）：202+216.

[3] 古俊銀，陳國呈.單級式光伏并網逆變器的無電流檢測MPPT方法[J].中國電機工程學報，2012， 32（27）：149-153.

作者簡介：靖永海（1989-），男，河南新鄉人，碩士，研究領域：光伏并網微逆變器。