摘 要： 分析了光伏電池的工作特性和光伏系統的拓撲結構及原理，將電導增量法應用到光伏發電系統最大功率點跟蹤控制中，使系統能夠快速響應外界環境的變化，讓光伏發電系統始終工作在最大功率點。最后在Matlab/Simulink環境下進行了仿真，并且對仿真結果進行了詳細分析，驗證了該方法的正確性。
關鍵詞： 光伏電池；最大功率點跟蹤；電導增量法；穩定性分析；Boost變換器
在光伏系統中，光伏電池具有非線性特征，并且其輸出受光照強度、環境溫度影響較大。為了提高效率，目前廣泛采用的技術是最大功率點跟蹤MPPT（maximum power point tracking）。為了達到更好的穩定性和更快的跟蹤速度，光伏電池MPPT控制一般選用電壓控制方式。其中Boost電路采用的是輸入端電壓控制方式，即在輸出端電壓基本恒定的情況下，通過調節占空比來調節輸入端電壓。
參考文獻[1-3]對電導增量法在MPPT中的應用進行了詳細地論述，但缺少對最大功率點的跟蹤過程及Boost升壓電路的分析。本文首先分析了光伏電池的輸出特性，然后通過Matlab/Simulink建立了整個光伏系統模型并進行仿真。分析了定步長電導增量法中步長的取值對系統穩定性和快速性的影響，并且闡述了在該方法下功率輸出出現振蕩的原因，使用變步長的電導增量法，改善了定步長的缺點。最后考慮外部環境的變化，對仿真結果作出了詳細的分析，通過其P-V曲線，再現了系統進行最大功率點跟蹤的整個過程。
1.2 光伏電池輸出特性
由于光伏元件為非線性元件，不能用一個固定的數值或簡單的方程式來表示其電壓與電流之間的關系。所以，光伏電池的輸出特性可用曲線的形式表示[4]，如圖2所示。
2 用于MPPT的Boost電路原理
最大功率跟蹤控制中常用的DC/DC變換器是Buck和Boost電路。由于Buck電路的輸入端工作在斷續狀態下，若不加入儲能電容，則光伏電池工作時斷時續，不能處于最佳工作狀態。相比之下，Boost電路只要輸入電感足夠大，可始終工作在輸入電流連續狀態。考慮到實際使用的光伏電池輸出電壓不高，則采用Boost升壓電路比較合適[5]。
由圖3可知，Boost電路是由功率開關S、二極管D、電感L、電容C和負載電阻R構成。Boost電路輸入輸出電壓關系為：
3 MPPT算法
MPPT算法是一個自尋優的過程[6]。通過實時檢測光伏電池的輸出電壓與電流，不斷改變系統工作點，比較光伏陣列前后的功率輸出情況，從而逐步搜索出當前陣列的最大功率點。
4 仿真結果及分析
設定初始條件為標準光照1 kw/m2和常溫25℃。在初始條件下，設定電導增量法步長為0.01，測得其到達相對穩定的狀態所需時間為5 ms。把步長設為0.001后，測得其到達相對穩定的狀態所需時間為32 ms。兩次仿真波形如圖5所示。由此可見，定步長電導增量法只能使得系統跟蹤到最大功率點附近，在其周圍振蕩，只是步長不同振蕩幅度不同而已。
當光照強度不變時，系統在0.03 s時給外界溫度一個擾動，由25℃突變為50℃，輸出電壓和電流的波形分別如圖6（a）、（b）中標號為1的曲線所示。可見，溫度的改變對于最佳工作電壓影響較大，對最佳工作電流影響較小，符合太陽能電池輸出特性。
當溫度不變時，系統在0.03 s時給外界光照強度一個擾動，由1 000 W/m2突變為800 W/m2，輸出電壓和電流的波形分別如圖6（a）、（b）中標號為2的曲線所示。可見，光照的改變對最佳工作電流影響較大，電流隨光照減弱而減小，對最佳工作電壓影響較小，符合光伏電池的輸出特性。
通過Matlab/Simulink的仿真分析得出，電導增量法在最大功率點附近都有一定的振蕩，而變步長電導增量法能大幅度減小在最大功率點附近的振蕩。在外界環境相對穩定的情況下，變步長電導增量法控制具有良好的穩定性，使系統穩定工作在最大功率點；當外界環境突變時，變步長電導增量法能準確快速地跟蹤到太陽電池的MPP，具有良好的快速性。
參考文獻
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