基于改進(jìn)MPPT算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉志東

摘要：新型太陽能發(fā)電作為一種可再生清潔能源，具有沒有資源枯竭危險(xiǎn)、絕對高的安全性、資源信息分布廣泛。光伏發(fā)電效率依舊非常的低，所以改善發(fā)電效率是太陽能發(fā)電的重要研究方向。最大功率點(diǎn)這一要素在相對短暫的光伏發(fā)電史上涌現(xiàn)出了各種控制算法，其中最具影響力的便是MPPT控制算法。本文通過對傳統(tǒng)算法技術(shù)的解析，并進(jìn)行了優(yōu)化部分算法。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;MPPT控制算法;改進(jìn)MPPT算法

中圖分類號：TP308? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）26-0141-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Design of Photovoltaic Power Generation System Based on Improved MPPT Algorithm

LIU Zhi-dong

（JiLin Agricultural Science and Technology University， Jilin 132101， China）

Abstract： As a kind of renewable and clean energy， new solar power generation has no danger of resource depletion， absolute high security and wide distribution of resource information. Photovoltaic power generation efficiency is still very low， so improving power generation efficiency is an important research direction of solar power generation. The maximum power point of this element in a relatively short history of photovoltaic power generation emerged in a variety of control algorithms， the most influential is MPPT control algorithm. This paper analyzes the traditional algorithm technology and optimizes some algorithms.

Key words： photovoltaic power generation; MPPT control algorithm; Improved MPPT algorithm

太陽能發(fā)電作為一種可再生清潔能源，具有沒有資源枯竭危險(xiǎn)、絕對高的安全性、資源信息分布廣泛、受到不同地域環(huán)境限制小以及潛在的可經(jīng)濟(jì)性等多大優(yōu)勢，在長期可再生清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略中一直占據(jù)重要戰(zhàn)略地位。隨著太陽能光伏技術(shù)在中國的快速發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于中國的大多數(shù)領(lǐng)域提供能源。在這種擁有資源但未能完全利用的大環(huán)境下光伏發(fā)電擁有很大的發(fā)展前景。除天氣環(huán)境、自然條件和材料本身造成的不可避免的損失外，其余可控的、可提升的、可探究的條件都是未來光伏發(fā)電提高效率需要研究的主要方向。為了能夠合理地搭配系統(tǒng)，提升發(fā)電效率;需要對經(jīng)典的MPPT控制算法及其他提升效率的控制算法進(jìn)行分析、測試、改進(jìn)，提煉出各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，使提升光伏發(fā)電效率的算法能被使用者合理的應(yīng)用。本文通過講解各種算法技術(shù)，對其進(jìn)行優(yōu)劣判斷，并進(jìn)行了優(yōu)化。

1 光伏陣列發(fā)電原理

光伏電池的 I?V 物理特性會隨著外界環(huán)境和溫度發(fā)生改變，光伏電池簡化模型如圖 1所示。

光伏電池的I-V數(shù)學(xué)模型為：

[pv=Iph-Io[exp（q（Upv+Ipv*Rs）O*L*N）-1]-Upv+Ipv*RsRsh]? ?（1）

2 光伏發(fā)電提升效率的提升

在光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展歷程中研究人員總結(jié)出兩個(gè)提升光伏電池發(fā)電效率的方向，即控制光輻射度和控制最大功率點(diǎn)。圍繞最大功率點(diǎn)這一要素在相對短暫的光伏發(fā)電史上涌現(xiàn)出了各種控制算法，其中最具影響力的即是MPPT控制算法。

在均勻的光照下光伏組件發(fā)電機(jī)組輸出波動(dòng)性很大，與光伏組件所處的環(huán)境息息相關(guān)，因容易直接受到外界環(huán)境的變化，即光照強(qiáng)度、外界溫度及空氣中的濕度等。使得在實(shí)際應(yīng)用中矩陣輸出的電能不斷發(fā)生變化， mppt 控制算法是對于圖2中 mpp 點(diǎn)的一種跟蹤和控制，使矩陣輸出的效率穩(wěn)定且能夠保持最大的發(fā)電效率。

3? 優(yōu)化的MPPT算法

三點(diǎn)法由于其功率控制簡單、算法實(shí)現(xiàn)極其簡單等優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用。它是一種基于功率預(yù)測的MPPT算法。該算法是在一種光伏電池（P-V）功率特性曲線的頂點(diǎn)附近，從左到右依次選取A、B、C三個(gè)點(diǎn)。根據(jù)三次方法確定電壓的變化，傳統(tǒng)的三點(diǎn)算法將整個(gè)系統(tǒng)的工作電壓按照固定的模式進(jìn)行預(yù)處理，對于小調(diào)整，電流ΔV，依次采用穩(wěn)定跟蹤算法，但三點(diǎn)光連續(xù)變化的動(dòng)態(tài)性能較差，導(dǎo)致效率低下。

優(yōu)化算法主要預(yù)測功率，克服了三點(diǎn)法對光照連續(xù)變化不敏感的缺點(diǎn)。通過采集A、B、C三個(gè)點(diǎn)的電壓和電流，可以得到三個(gè)點(diǎn)的功率。判斷三個(gè)點(diǎn)的功率，計(jì)算M值，比較M和C點(diǎn)的功率值，確定跟蹤方向。當(dāng)光線迅速變化時(shí)，兩點(diǎn)被認(rèn)為落在同一光線上。因此，本文提出的光伏最大功率點(diǎn)跟蹤算法（MPPT）可以消除光照變化帶來的影響，達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)跟蹤效果，如圖3所示。

從不同動(dòng)態(tài)跟蹤效率結(jié)果圖能夠了解，優(yōu)化后三點(diǎn)法跟蹤效果較好，這種算法通過使用功率預(yù)測功能，使得跟蹤效率進(jìn)一步提升，提高了逆變器的工作效率。

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【通聯(lián)編輯：梁書】