基于改進P&O的最大功率點追蹤算法

曹瀚天 朱良毅 楊發友 張靖

摘要：針對傳統的光伏發電最大功率點追蹤算法存在跟蹤精度低和響應速度低等問題，本文提出基于改進P&O的最大功率點追蹤。該控制策略是在P&O的基礎上進行改進，引入自適應變步長因子，進而自適應的調節光伏輸出最大功率點的大小，以達到準確追蹤最大功率點的目的，從而提高了最大功率點追蹤算法的動態性能。仿真結果表明本文所提控制策略能夠快速準確追蹤最大功率點。

Abstract： In view of the low tracking accuracy and low response speed of traditional photovoltaic power generation MPPT algorithm， this paper proposes maximum power point tracking based on improved P&O. This control strategy is improved on the basis of P&O， introducing an adaptive variable step factor， and then adaptively adjusting the size of the MPP of photovoltaic output to achieve the purpose of accurately tracking the maximum power point， thereby improving the dynamic performance of the MPPT algorithm. The simulation results show that the proposed control strategy can track the MPP quickly and accurately.

關鍵詞：光伏發電;MPPT;自適應變步長因子;P&O

Key words： photovoltaic power generation;MPPT;adaptive variable step size factor;P&O

中圖分類號：TP271.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）29-0190-02

0? 引言

太陽能產業正在快速發展，太陽能產業逐漸成為目前最具前景的新能源之一。現階段，光伏發電技術正在日新月異的發展[1-2]。光伏陣列是光伏發電系統中非常重要的組件之一，外界環境的變化，極容易對光伏陣列板的運行進行干擾，光伏電路容易受光照和溫濕度等因素條件的影響，進而影響光伏發電輸出功率的隨機性[3]。光伏發電技術存在輸出功率波動性大等特點，故需要最大功率點追蹤技術（MPPT）作為支撐[4]。近年來，對于光伏發電研究的算法有很多[5-6]，大部分傳統算法都能進行廣泛應用 [7-9]。

為了提高和改善光伏發電系統中MPPT控制算法，本文以P&O作為研究基礎，進一步提出基于改進P&O的最大功率點追蹤算法。引入自適應變步長擾動因子是該控制算法的關鍵點，其中自適應變步長擾動步長的大小可根據光伏發電系統實際輸出功率進行自適應的調節。

1? 光伏發電系統建模

I ph（t）為光生電流，I（t）為光伏發電系統的輸出電流，V（t）為輸出電壓，RS為并聯電阻，RP為串聯電阻。光伏發電系統電路結構如圖1所示。

目前，光伏發電系統數學模型可表示為：

其中， V（t）、 I（t）分別為式（1）的光伏輸出電壓和光伏輸出電流; VOC（t）、 ISC（t）分別為式（1）的開路電壓和短路電流; Vm（t）、 Im（t）分別為式（1）的最大電壓和最大電流。Sref為光強參考值;Tref為溫度參考值;T（t）、S（t）分別為任意溫度和光強;b、a分別為電流和電壓變化下的溫度系數。

2? 改進最大功率點追蹤算法

P&O是最大功率點追蹤的經典算法之一。但是，P&O難以快速準確跟蹤光伏最大功率點，且控制精度性較差。本文所提控制策略是提出自適應變步長因子，進而有效提高光伏發電最大功率點追蹤的跟蹤精度和響應速度。

本文所提控制策略的關鍵就是將光伏發電過程中斜率的絕對值|d？駐P（t）/d？駐U（t）|作為自適應變步長因子引入到擾動觀察法中，此時電壓擾動為：

根據本文所提算法，可依據光伏輸出功率的變化，進而實現實現自適應適應追蹤。

3? 仿真分析

本次仿真實驗中，光照強度按照階躍變化，在t=0s時，光強為600w/m2，t=0.4s時，光強為200w/m2。P&O和本文所提改進P&O作用下的仿真波形分別如圖2和圖3所示。

由圖2所示，傳統MPPT算法追蹤最大功率點速度較慢。并且電壓和占空比的變化有較大的動態震蕩。

如圖3所示，文中所算法能夠快速追蹤最大功率點，耗時約為0.012s，曲線變化較為穩定。

4? 結語

本文提出基于改進P&O的最大功率點追蹤算法。該算法引入自適應變步長因子，根據光伏電池的工作特性自適應的調節擾動步長，有效提高最大功率點追蹤算法的穩定性和動態跟蹤速度，并且避免了傳統擾動觀察法存在誤判。在光照強度和溫度突變時，該方法能迅速將光伏電池的實際輸出功率調整到最優值。

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