李小龙
国华（哈密）新能源有限公司 新疆 哈密市 ?839000
摘要：随着世界能源危机与环境污染问题日益严重,太阳能作为可再生能源的代表之一,具有存储量多、可利用范围广、清洁无污染等特点,因此光伏发电成为了当今社会的研究热点。为了提高太阳能利用率，最大功率跟踪控制是光伏并网发电系统的技术挑战之一。
关键词：光伏并网；发电系统；电导增量法
1太阳能光伏电池工作特性
光伏电池的典型电路模型如图1所示。根据图1对光伏电池组件的输出特性进行分析，设定光伏电池组件功率为100W，当4个光伏电池串联时，得到标准温度和光照下的输出特性如图2所示。根据图2可以看出，在特定的光照强度和温度下，光伏电池存在唯一的最优电压和最优电流，且对应着最大功率点。
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2光伏发电系统最大功率点跟踪算法
2.1电导增量法
电导增量法通过分析及观测光伏发电中动态电导与瞬时电导之间的关系，进行最大功率点跟踪。最大功率点两侧电池工作点位置不同，则工作效率也不尽相同，如两者重叠，则dpdv=0，若位置不同，则等式前后不等。因此，通过此算法，人们可以对光伏电池工作点不同位置的具体情况进行观测，并找出变化规律。
2.2恒定电压法
通过电压控制，保证电压始终处于一个恒定状态从而跟踪最大功率输出点，这种方法被称为恒定电压法。在最高点位置或其周围控制最大功率输出点，恒定电压跟踪法可以保证以最大效率运转光伏阵列，最大化输出电流。
2.3扰动观察法
最大功率点两侧光伏器件的dpdv具有相反符号（dp为设定的功率浮动范围；dv为电压扰动量），在最大功率点两侧，扰动观察法就是通过光伏器件dpdv符号的不同特点进行测定的。此算法可对光伏器件的MPPT电路工作状态进行优化、调整。
2.4开路电压比例系数法
温度、光照强度等均会对光伏发电系统造成影响，其中影响最大的为光照。为此，在最大功率输出点，光伏电池陈列的电压与开路电压之间存在一定关系，可用公式表示。Um=K×Uoc
式中，Um为光伏电池最大功率点位置的电压；Uoc为光伏电池的开路电压；K为比例常数，一般小于1（0.71～0.80）。通常，光伏电池型号各异，其K值大小也存在区别。为此，可通过开路电压比例系数法测算出光伏发电系统的最大功率输出点。该算法具有两大优势。其一，测算稳定性较高，产生的振动不大，结果可靠性高；其二，便于操作。其缺点主要是结果往往不够准确，仅属于一个相似点，精确度不高。
3常规MPPT控制方法的改进优化
3.1恒定电压法结合扰动观察法
扰动观察法是常规MPPT算法的一种，其特点为需对扰动步长进行固定，然而固定之后无法改变整个扰动步长。该算法具有稳定性，但很难有效兼顾跟踪速度等方面。若扰动步长设置较长，则会加快跟踪速度，此时将大大降低系统的稳定性，并产生明显的震动。反之，则速度受影响。为了解决此算法速度与稳定性之间的矛盾，其可以结合恒定电压法。在确保光伏电池工作状态良好的前提下，按照电池状态进行扰动步长设定，此时可对最大功率点进行有效、准确的跟踪，若电池工作状态还无法达到最大功率点输出，则需适当增加步长，此时将加快速度，保证最大功率点跟踪的速度。若即将达到最大功率输出，步长设置可适当减短，提高系统稳定性，以便跟踪到最大功率。
3.2恒定电压法结合电导增量法
一般在最大功率点右侧会存有一个区域，若电池工作点在此区域内，则电压值或电流值将发生较大变化，若在此区域外，则变化小。为了解决此类情况，可采用电导增量法。最大功率电压和开路电压之间存有一定关系，即Um=K×Uoc，K为比例常数，范围在0.71～0.80。同时，光伏电池的恒流范围和恒压范围也存有差异，一般恒流范围至少为恒压范围的4倍，若恒流范围包括电池工作点，此时电压将在最大功率点电压以下，这种情况下，就必须通过增大电池电压的方法获取最大功率点。此外，电压扰动量影响电流量较小，为了快速跟踪到最大功率点，就必须选用较大扰动量。反之，若在恒压范围内，电池电压正常工作，与最大功率点电压相比，电池电压较大，这种情况下就需要减小电压。电压影响电池电压的程度较大，此时，为了降低电压，可设定一个较短的扰动步长进行最大功率点跟踪。具体操作流程如下：开启系统，采用恒定电压法，对于采样开路电压，根据关系式，启动电压设计点采用0.78倍光伏电池的开路电压值，不断增加光伏电池电压，并逐步接近最大功率点，当两者电压一致后，进入第一阶段；待系统状态稳定之后，可通过扰动步长进行最大功率点跟踪。
3.3改进优化方法的建模及仿真
在改进优化方法之后，可建立MPPT控制模块子系统仿真模型。通过模型可知，当采用新算法进行最大功率点跟踪计算时，在极短时间内，光伏电池发电功率便可满足最大功率输出点且保持较长时间。在最大功率输出点发电时，其具有相对较为稳定的功率，产生的波动较小，此时表明设计中所采用的算法跟踪控制方法效果显著。为了进一步验证结果的正确性，做了对比试验分析，此次保证光照强度相同，仅对温度变化后的数据进行分析。当光照强度为1000W/m2时，t=0.1s，外部温度将有所提升，由20℃增加到35℃。当温度产生改变时，最大输出功率点也将改变，在温度增长的同时，最大输出功率点将会下降，两者呈反比。在短时间内利用此方法可快速跟踪到最大输出功率点，且具有较强的抗干扰能力，能够保证整个输出状态稳定。
4结语
能源短缺是阻碍全球经济发展的主要因素，而光伏发电作为一种新的发电方式，以其无污染、无噪音、维护简单等优势得到了人们的广泛关注，是未来新能源的主要力量。因此在未来的光伏最大功率跟踪控制技术发展中，为了获得更好的性能，将会出现多种算法相结合的混合算法。与此同时，随着人工智能算法的快速发展，未来将会有更多的智能算法应用于光伏发电系统。
参考文献
[1]光伏发电系统最大功率点跟踪技术研究[D].朱伟伟.西安科技大学2019
[2]光伏发电系统最大功率点跟踪研究[J].冯佩云,冯俊青,段小汇.软件导刊.2018(12)
作者介绍：
李小龙（1989.04.30-）；男；甘肃武威；汉族；大专；运行专责；光伏发电技术；国华（哈密）新能源有限公司。