基于光伏电池输出特性的MPPT算法研究

计算机工程与设计Ｃｏｍｐｕｔｅｒ

嵌入式系统工程

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎ２００９，３０（１７）

３９２５

基于光伏电池输出特性的ＭＰＰＴ算法研究

冯冬青，

李晓飞

（郑州大学电气工程学院，河南郑州４５０００２）

摘要：为了寻找更好的实现光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法，基于单个先伏电池的物理特性建立了太阳能光伏电池阵列的Ｍａｔｌａｂ仿真模型，分析了太阳能光伏电池阵列所具有的随着光照强度和温度不同而变化的Ｐ．Ｕ和Ｉ．ｕ非线性特性。基于光伏电池的动态特性，在最大功率点跟踪算法的设计中增加一个电流监测回路，并结合自寻优技术对电导增量法进行改进，提出了一种自适应变步长寻优算法。仿真结果表明，该算法能够快速准确的跟踪最大功率点。关键词：光伏电池；输出特性；最大功率点跟踪；电导增量法；变步长中图法分类号：ＴＭ６１５；ＴＭ９１４．４

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００．７０２４（２００９）１７．３９２５．０３

ＩｍｐｒｏｖｅｄＭＰＰＴａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄ

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ａｌｇｏｒｉｔｈｍ

（ＩｎｃＣｏｎｄ）；ｖａｒｉａｂｌｅ

０引言

电流监测回路，结合变步长自寻优技术对电导增量法进行了改进，并采用Ｍａｔｌａｂ软件对几种算法进行了分析比较，实验结果表明该设计方案町有效克服跟踪速度和跟踪精度之间的矛盾，有利于进一步提高光伏电池的利用率。

受外界环境因素影响变化大、发电效率低等特点严重制约了光伏效应太阳能电池的推广使用。如何有效降低光伏效应太阳能电池设计成本，提高发电效率是目前研究的热点和难点。采用最大功率点跟踪技术可以最大限度提高光伏电池输出功率，从而显著提升光伏电池的工作效率。最大功率点跟踪控制器，通过调节负载功率，改变光伏电池板的输出电压和电流，试图使电池板输出最大功率“Ｊ。目前，最大功率点跟踪算法主要集中在扰动观测法叫和电导增量法脚１设计实现。

ｌ光伏电池的等效模型与输出特性

１．１光伏电池的数学模型

光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制成的，它的Ｉ－Ｖ特性随光照Ｇ（Ｗ／ｍ２）和电池表面温度“℃）的变化而变化，满足Ｉ文ｕ，Ｇ，Ｔ）。根据电子学理论，可得光伏电池的实际等效电路模型如图ｌ所示。

单个光伏电池的输出伏安特性表达式为

这两种主要算法均涉及调整因子△阢Ａ蹶值与能否很

好实现最大功率跟踪关系紧密。ＡＵ设置太大，导致跟踪精度不够，太阳能电池工作点虽然能够在最大功率点附近，却无法

Ｉ＝Ｉ曲．Ｉｏ（ｅ枷。蝴．１）－（Ｕ＋Ｉ风）／Ｒ。

（１）

对最大功率点进行准确锁定：△蹶值太小，虽然提高了跟踪

精度，但是跟踪速度却很慢，系统将损失较多能量。为获取理想的△Ｕ，国内外学者尝试采用ＰＩＤ，模糊控制，神经元网络等控制策略对算法进行改进，然而，控制逻辑的改进能够实现跟踪速度和控制精度的折衷，却无法全面提升系统性能。

本文在光伏电池最大功率点跟踪算法的设计中增加一个收稿日期：２００８．０９－２２；修订日期：２００８．１

１－２６。

一个理想的光伏电池，其等效串联电阻凡很小，等效并

联电阻‰却很大，当光照较强时，光电流远远大于（Ｕ＋Ｉ＆）／

Ｒ吐，忽略等效并联电阻影响。式（１）可简化为

Ｉ＝Ｉ砷．Ｉ“ｅ４“啪．１）

建立光伏电池数学模型闻

ｋ＝Ｉ邮ｔｌ【１斗ｋ（Ｔ－Ｔ，）】

（２）

（３）

基金项目：国家自然科学基金项目（６０７７４０５９）。

作者简介：冯冬青（１９５８一），男，广东人，教授，研究方向为智能控制理论与应用、工业过程控制；生。研究方向为智能控制理论与应用。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｘｉａｏｆｅｉ８４＠１６３．ｅｏｍ

李晓飞（１９８４－－），女，河南人，硕士研究

万方数据　

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２００９，３０（１７）

计算机工程与设计ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎ

卜

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Ｌ

Ｖ甚Ｖ

ｚ

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＿

图１光伏ｇ＇ｈ－，等效电路

Ｉ们”＝Ｇｘｌｓｃ【ｎＭ’，Ｇ。）（４）Ｉ（ｏ＝（Ｉ砷穿Ｉ川”）／（ＴｒＴＩ）

（５）Ｉｏ＝１，１１）ｘ（Ｔ／ＴＩ户“×ｇ班咖Ｈ１ｍ１，ｒ”

（６）Ｉｏ仃”＝ｌ砷ｉ以ｅ舭咖郴．１）

（７）Ｒ．＝－ｄＵ／ｄＩ№一ｌ／Ｘｖ

（８）

Ｘｖ＝Ｉ晰ｌ，ｘｑ／ｎｋＴＩ×ｅ，州”蛐…（９）

式中：Ｉ——光伏电池输出电流，Ｕ——光伏电池输出电压，

Ｉ广光生电流＾——二极管反相饱和电流，ｋ——短路电流，砜一开路电压，卜玻尔兹曼常数（ｋ＝－Ｉ．３８ｘ１０－ｎＪ／Ｋ），ｒ伏电池的串联电阻，Ｒ广光伏电池的并联电阻，Ｅ广＿为禁

电子的电荷量（ｑ－－ｉ．６ｘ１０１℃），Ｐ二极管特性因子，Ｒｓ——光

带宽度，晶体硅的Ｂ一般为１．１２Ｅｖ，Ｇ——太阳辐射强度，

Ｇ—一标准太阳辐射强度，一般Ｇ赫＝１０００Ｗ／ｍ２。

１．２光伏电池输出特性分析

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