一种应用于光伏系统的双模式MPPT控制方法研究

2.3 双模式MPPT控制方法工作原理

定步长电阻增量法在外界环境稳定情况下，MPPT控制效果较好，对光伏器件的利用效果较高，但存在最大功率点处功率振荡现象。此外，在日照突变情况下，会失去对MPPT的控制能力。由短路电流法特性可知，虽然该方法控制精度差，但在外部环境突变的情况下，仍能快速使光伏器件输出功率跟踪日照的变化。为使光伏发电系统能够快速响应日照变化，且能在最大功率点处尽量减少震荡，本文提出了将短路电流法和电阻增量法相结合的MPPT控制方法，即一种双模式 MPPT控制方法。

由短路电流法原理可知，光伏电池最大功率点电流IMPP与光照强度有近似比例关系。因此，只要测得光照强度，就能得到IMPP近似值，再通过采用较小跟踪步长的电阻增量法使光伏电池组件输出电流继续向IMPP移动，最终达到最大功率点。

图5为光伏电池P-I特性曲线，当光伏电池输出电流越接近IMPP，曲线斜率的绝对值|dP/dI|越小，所以通过|dP/dI|与预先设置的阈值E比较即可判断出使用何种寻优方法。当|dP/dI|<e时，使用小步长电阻增量法;，使用短路电流法。

图6为双模式MPPT控制方法的工作流程图，具体工作过程为：①对光伏电池的输出电压U、输出电流I进行采样，计算ΔU(k) 、ΔI(k)、ΔP(k);②对|ΔP/ΔI|与阈值E比较，判断使用哪种控制方法;③上述过程不断重复直到光伏器件输出功率的两次采样误差ΔP近似等于零。由于跟踪步长I_step较小，因此，日照稳定情况下，功率振荡现象基本消除。

3 双模式MPPT方法仿真

图7为基于Boost电路的双模式MPPT控制器，采用双闭环控制。外环实现MPPT算法，得出当前条件下光伏电池组MPP的电流参考值。内环为电流控制环，MPP电流参考值作为电感电流的指令值，再采用P I控制，生成功率开关管的PWM调制信号。

应用Matlab/Simlink软件工具构建光伏发电系统MPPT仿真模型，仿真系统结构如图7所示。仿真电路中光伏电池的额定功率为50W，开路电压为15.9V，短路电流为5.4A，标准条件(1kW/m², 25℃)下的MPP电压为12.4V，电流为4.2A，负载为20Ω电阻，储能电容为50μF，输出平波电容为200μF，电感取值均为3mH，采样频率和开关频率均为10kHz。仿真采用ode23tb算法，仿真时间为0.3s，光照强度0.1s时由1000W/m2突降为800W/m²，环境温度T=25℃。基于电阻增量法、双模式法的光伏电池输出功率波形分别如图8、图9所示。

由以上两种MPPT的算法仿真进行对比，可以得到表1。

从表1可以看出，与定步长电阻增量法对比，应用双模式MPPT方法的光伏发电系统在系统启动和光照强度从1000W/m2突变为800W/m2时能够更加快速、准确地达到最大功率点，并且输出功率的振幅较小。

4 结论

本文提出了一种光伏电池输出电流寻优的MPPT控制算法——电阻增量法，并与短路电流法相结合，得到一种应用于光伏发电系统的双模式MPPT控制方法。由simulink仿真可知，此双模式MPPT控制方法结合了短路电流法和电阻增量法的优点，克服了稳态输出稳定性和动态跟踪快速性之间的矛盾，使得MPPT的快速性和稳定性都有所提高。

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本文来源于《电子产品世界》2017年第1期第59页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。