基于改进扰动观察法的光伏阵列MPPT研究

摘要：针对常规扰动观察(P＆0)法由于环境快速变化带来的失效性问题，提出一种基于改进P0法的最大功率点跟踪(MPPT)算法。采用一种压阻可变的方法模拟光伏阵列的输出特性。改进PO法通过控制Boost变换器的占空比改变变换器的输入电压，从而实现MPPT。以DSP芯片TMS320LF2407A为控制电路主处理器，以Boost变换器为主拓扑电路，搭建了模拟光伏阵列MPPT实验系统。实验结果表明，该改进算法能有效地跟踪光伏阵列最大功率点(MPP)。
关键词：光伏阵列；变换器；最大功率点；扰动观察法

1 引言
太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，能量转换效率较低是其发展受到制约的主要因素之一。要提高转换效率，需有效地解决MPPT问题。常用的MPPT方法有：PO法、恒定电压法、导纳增量法、最优梯度法等，文献比较了各方法的优缺点；文献深入研究了几种算法的合成算法；文献介绍了自适应模糊控制法等智能MPPT算法。
PO法是工程上实现MPPT最常用的方法之一，其跟踪方法简单，易于模块化控制，但在外界环境快速变化时该算法存在失效问题。此处提出一种改进的PO法，以提高系统应对外界环境快速变化的能力。采用一种压阻可变的方法模拟光伏阵列的输出特性，通过改进PO法控制Boost变换器的占空比来实现MPPT。

2 光伏阵列特性
光伏电池的基本结构是能够将光能转换为电能的PN结，其等效模型如图1所示。

光伏电池输出特性方程为：

式中：IL为负载电流；IG为光电流；Io为电池内部等效二极管反向饱和电流；Uoc为开路电压；UVD为等效二极管端电压；A为PN结曲线常数；K为波尔兹曼常数；q为电子电荷；T为电池表面温度；Rs为串联电阻；Rsh为旁路电阻。
在实际运行中，按照需要的功率和电压等级，可将若干个单体光伏电池串、并联组成光伏阵列。为了既便于说明问题，又不失一般性，此处采用光伏阵列的理想模型，其输出为：

式中：Uall，Iall，Pall分别为光伏阵列的输出电压、电流和功率；Ucell，Icell，Pcell分别为单体光伏电池的电压、电流和功率；
Ns，Np分别为光伏阵列中串、并联的电池个数。