光伏系统中最大功率点跟踪研究

s—扰动方向，udc（n-1）—前一次电压值，p（n）—当前太阳电池功率计算值，p（n-1）—前一次计算的太阳电池功率值，△p—两次功率之差。

　  扰动观察法工作原理就是借以周期性的改变负载大小来改变光伏电池的输出电压及功率，也就是改变光伏阵列的工作点，它通过观察比较和变动前后两次的输出功率和输出电压的大小来决定下个周期负载的变动是增加还是减少。该方法的具体操作是给输出电压一个扰动值，其方向可正（s=1），可负（s=-1），然后根据测出的电压电流值计算出太阳电池的输出功率p（n），然后将其与上一个测量值p（n-1）进行比较。若输出功率增大，说明扰动所加的方向有利于输出功率的提高，此后继续向这个方向施加扰动并继续观察，若施加的扰动使光伏阵列的输出功率减小，说明扰动的方向错误，则在下一次的扰动中使方向相反，如此不停的观察调整，以使光伏电池工作在最大功率点附近。扰动观察法的算法流程图如图5所示。

扰动观察法的实现原理较为简单，容易实现，并且不用考虑温度或光照强度的变化，独立于系统使用环境，因此适应性较强。但是频繁的功率扰动使得系统多数时间只能工作在最大功率点附近，即使系统偶尔恰好工作在最大功率点，算法也会强制系统离开，所以扰动观察法的最大功率点跟踪效率并不是很高。而且采用这种控制策略的光伏系统的最大跟踪效率和跟踪速度取决于跟踪步长的大小。此外，这种控制方法也可能在光强变化的情况下或多电池板串并联时会产生最大功率点"误判"的情况，可能使最大功率点跟踪的扰动方向在一段时期内始终朝着一个方向，导致系统无法正常工作，或是最大功率点跟踪停留在多峰曲线的"假"最大功率点上。

5 基于变换器输出电流控制的最大功率点跟踪的算法

　　由第4节的扰动观测法可知，为了判断施加扰动量后光伏电池输出功率的变化情况，需要对光伏电池输出电压和输出电流进行采样并计算功率，以便根据功率变化情况决定施加扰动量的方向，以此进行最大功率点跟踪。与其它最大功率点跟踪法相比，扰动观测法具有算法简单、实现方便，受环境因素影响小等优点。但是扰动观测法需要对光伏电池输出电压和输出电流进行检测，而一般变换器（并网型逆变器或独立运行充电控制器）只在输出端装电流传感器，用其进行电流控制，这就需要额外的两个传感器，从而增加系统成本，另外，扰动观测法需要对采样结果进行功率计算（乘法运算），也增加了单片机的运算量。如果能够根据变换器输出电流作为判断依据进行最大功率点跟踪，则不仅可以省去两个传感器，而且无需乘法运算，在继承扰动观测法算法简单、受环境因素影响小等优点的基础上，进一步降低系统成本，减轻单片机运算负担。变换器输出电流控制最大功率点跟踪法正是基于这点提出的。为了简化其工作原理的分析，先做两个假设：变换器自身功率损耗为零，即光伏电池输出功率等于变换器输出功率；负载两端电压（蓄电池电压或电网电压）恒定不变。

　　根据假设，可得到式（2）：

式（4）为变换器输出电流控制最大功率点跟踪判断依据。变换器输出电流控制最大功率点跟踪调节过程类似于扰动观察法调节过程。变换器输出电流控制最大功率点跟踪算法流程图如图6所示。变换器输出电流控制最大功率点跟踪仅需一个电流传感器，根据负载电流大小直接进行扰动方向判断，不再需要对光伏电池输出电压和输出电流进行检测及功率计算，简化算法，降低成本。

6 结束语

　　基于变换器输出电流控制的最大功率点跟踪法是在扰动观测法的基础上，仅以变换器输出电流作为判断依据进行最大功率点跟踪，不仅可以省去两个传感器，而且无需乘法运算，在继承扰动观测法优点的基础上，进一步降低系统成本，减轻单片机运算负担。基于变换器输出电流控制最大功率点跟踪法通过周期性检测并计算变换器输出电流的有效值，实时调节扰动方向，使得变换器输出电流有效值始终维持最大可输出电流，从而实现光伏阵列的最大功率输出。该方法控制简单，响应速度快，对传感器精度要求不高，在天气条件变化较快的场合也能达到很好的跟踪效果。本研究在光伏发电系统的开发和应用中具有重要的科学研究意义和现实意义。