作者/ 鲁兵1 宋桂英1 王云涛1 邱晗2 赵晓明1 1.河北工业大学 电气工程学院(天津 300130) 2.天津天传新能源电气有限公司(天津 300180)
摘要：光伏发电关于气候条件的依靠比较严重。为了使光伏电池发生尽可能多的电能，需求对其进行最大功率点盯梢操控。本文提出了一种双模式最大功率点盯梢操控办法，此办法结合了短路电流法和电阻增量法的长处，经过Simlink仿真可知，运用这种双模式操控办法的光伏体系在阳光骤变时可以快速地从头到达最大功率点，并有用下降光伏体系在最大功率点处的震动，削减了体系功率损耗。
导言
光伏发电因具有污染小、可再生等长处而遭到世界各国的注重[1]。当光伏体系进行发电时，其发电量遭到光照强度、环境温度的影响。为了更好地使光伏体系在不同环境下尽可能宣布最大功率，运用最大功率点盯梢(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技能，在外界环境发生骤变时，使光伏体系能安稳、快速地盯梢到最大功率点持续运转[2]。
现在常用的MPPT办法有安稳电压法、电导增量法、扰动观测法等[3-4]，这都是对光伏电池电压寻优的办法。关于Boost改换器而言，对电流进行寻优操控可以使电路功能更优越[5]。定步长电阻增量法便是一种根据电流寻优的MPPT办法，其操控精度较高，呼应速度较快。但因为其盯梢步长固定，所以盯梢的快速性和体系的安稳性不能一起统筹。本文提出了一种双模式MPPT办法，此法结合了短路电流法和电阻增量法的长处，可以在光照骤变时，快速精确地到达新的最大功率点(Maximum Power Point, MPP)，并且在MPP邻近震动较小，然后完成较为抱负的操控作用。
1 光伏电池数学建模
在光伏发电体系的规划中，为了更好地剖析光伏电池的功能，使其与光伏操控体系匹配，到达最佳的发电作用，需求树立光伏电池的数学模型。经过这些数学联系，来反映光伏电池各项参数的改变规则。光伏电池等效电路图如图1所示[6]。
从图1中可以得出以下联系式：
式(2)中，Iph是光子在光伏电池中激起的电流，I0是二极管的总分散电流，q是电子电荷(1.6×10-19C)，K是玻尔兹曼常数 (1.381×10-23J/K)，T为热力学温度，RS和Rsh分别为光伏电池的串联、并联电阻，A为二极管特性因子，k为波尔兹曼常数( k =1. 38 × 10-23J/ K) ，T为光伏电池温度。
式(2)是树立在物理原理上的实践光伏电池的解析表达式，其表达式极端杂乱。为契合工程的实践运用，本文对公式(2)做两点近似处理：①因为RS远小于二极管的正导游通电阻，因而可疏忽，所以光生电流近似等于短路电流，即Iph=Isc;②因为Rsh十分大(KΩ)，因而，Ud/Rsh十分小，近似于开路，该项可省掉。得出进一步的光伏器材的简化数学模型为：
图2为光伏电池在温度为25℃，不同光照强度下的I-U、P-U和P-I曲线，由图可知，其输出特性对错线性的，在必定的温度和光照强度下，光伏电池具有仅有的最大功率点。
根据光伏电池的简化数学模型公式(5)，用Simulink树立了光伏电池的通用仿真模型。如图3所示。
2 双模式MPPT操控办法
光伏发电厂周围气候环境的改变直接影响着光伏体系的发电功率。对光伏电池进行MPPT操控可以使得发电体系在气候环境改换的情况下时间坚持最大的功率输出。本文学习现在工程上常用的、研讨最多的电导增量法，提出一种选用电流寻优的MPPT办法——电阻增量法，再经过与短路电流法相结合，得到一种双模式操控算法。
2.1 短路电流法作业原理
短路电流法使用光伏电池联系式IMPP≈k×ISC(IMPP为光伏电池最大功率点电流，ISC为光伏电池短路电流，系数k的值取决于光伏电池的特性，一般取0.78左右)进行光伏电池输出功率的操控，因而，只需知道ISC就能使光伏电池的输出功率挨近最大功率点。由图2(c)中的光伏电池P-I特性曲线可知，光伏电池的短路电流ISC与光照强度相同有近似比例联系。因而，可以在线测得光照强度，然后得到Isc，从而得到IMPP。在外部光照强度骤变时，运用短路电流法能使光伏电池输出功率快速到达新的MPP邻近，但操控精度差。
2.2 电阻增量法作业原理
学习电导增量法原理，本文提出了根据光伏电池电流寻优的电阻增量法，此法承继了电导增量法的悉数长处，操控精度较高，呼应速度较快。电阻增量法的判别根据为：当时光伏阵列的P-I曲线斜率为零时，在MPP点;为正时，在MPP左面;为负时，在MPP右边。即：
因而，可以经过判别U+IdU/dI的符号来完成盯梢战略。假设在最大功率点处Iref=IMPP，光伏阵列将保持这个点直到ΔU发生改变，然后经过添加或许削减盯梢步长Iref，到达新的最大功率点，其流程图如图4所示。其间：U(k)和I(k)为光伏电池电压和电流的采样值，U(k-1)和I(k-1)为前一周期采样值。Iref为MPP处电流参考值，Istep为盯梢步长。盯梢步长太大，盯梢呼应速度快，但在最大功率点邻近会发生很大的震动，使体系不安稳;盯梢步长太小则会使呼应速度太慢。
2.3 双模式MPPT操控办法作业原理
定步长电阻增量法在外界环境安稳情况下，MPPT操控作用较好，对光伏器材的使用作用较高，但存在最大功率点处功率振动现象。此外，在日照骤变情况下，会失掉对MPPT的操控能力。由短路电流法特性可知，尽管该办法操控精度差，但在外部环境骤变的情况下，仍能快速使光伏器材输出功率盯梢日照的改变。为使光伏发电体系可以快速呼应日照改变，且能在最大功率点处尽量削减震动，本文提出了将短路电流法和电阻增量法相结合的MPPT操控办法，即一种双模式 MPPT操控办法。
