基于simulink光伏电池最大功率点跟踪技术的仿真(5)

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ILwb?UinD?T (3-7) L由（3-6）和（3-7）可得：

ILwb?UoutD(1?D) (3-8) Lf(3-8)式对D求导可得，当占空比D=0.5时纹波电流最大，得到电感量计算公式（3-10）。

ILwbmax?Uout （3-9） 4LfL?Uout4ILwbmaxf （3-10）

由（3-9）可知只要电感L足够大，则电感最大纹波电流就会变得足够小。

根据光伏电池标准参数，选择额定电感电流为15A的电感,当D为[0,0,9]时，则Uout取极限值1000V。所以

L?Uout4ILwbmaxf?1000 ?8.34?10^?2H （3-11）

4?15?20%?1000根据留有一定冗余量L设为4?10^?1H。

另外，为了减少电感产生的纹波电流对光伏电池的反向充电，影响电池的正常工作。需在BOOST电路输入端加入电容C1，如图3.3所示，设计指标为在电感纹波电流最大的情况下，电容上纹波电压不超过输入电压的1%，在不断流模式最大峰峰值稳定运行情况下，电感和电容能量相互交换，得到计算公式（3-12）。

II11C1[(Uin?0.005Uin)2?(Uin?0.005Uin)2]?L[(ILe?Lwbmax)2?(ILe?Lwbmax)2]2222

（3-12）

ILwbmax2I)?(ILe?Lwbmax)222所以C1?L? （3-13） 22(Uin?0.005Uin)?(Uin?0.005Uin)(ILe?ILe——通过电感L的额定电流，ILwb——通过电感L的纹波电流，ILwbmax——通过电

感L最大纹波电流，Uin——光伏电池输入电压，Uout——BOOST电路输出电压。 由（3-13）计算电容，取光伏电池输入电压值为80V,则

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C1?(15?15?20%/2)^2?(15?15?20%/2)^2?8.34?10^?2?5.86?10^?2F

(80?0.005?80)^2?(80?0.005?80)^2最终取为6.0?10^?2F

3.2.2.3电容C2值设定

BOOST电路中输出电容C2起到稳定输出电压和抑制谐波的作用。电容值的设定应根据以上两个指标，假设输出电压Uout的交流分量（即纹波）全部通过电容C2，则可以根据公式（3-14）计算电容值。

2?fC2UCwb?ICwb （3-14） UCwb——电容C2纹波电压，ICwb——电容C2纹波电流。

由光伏电池参数Vocref=100V可以选择耐压为120V电容，纹波电压设为光伏电池最大功率点电压Vmref=78V的3%而纹波电流为光伏电池最大功率点电流Imcref =7.2A的5%。 因此C2?ICwb7.2?5%??2.42?10^?4F

2?fUCwb78?3%?2??1000根据留有一定的冗余量和工程实际电容C2?1.0?10^?3F

3.3 脉宽调制器设计

脉宽调制器是用来给IGBT提供驱动脉冲，当脉冲宽度发生变化时，可以控制IGBT的导通时间，在本论文中该模块与光伏电池负载电阻R等效为一个可变电阻，通过脉冲的变化可以改变等效电阻，使它可以与光伏电池内阻相匹配（即光伏电池内阻与等效电阻相等），从而达到输出最大功率的目的。

3.3.1 PWM模型搭建

占空比作为输入信号，三角波发生器作为载波利用比较器和与逻辑从而获得相应占

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空比的连续脉冲信号。模型如图3.4所示。

图3.4 脉宽调制模型

三角波发生器模块参数设置:

3.4常用的最大功率跟踪控制方法的分析 3.4.1恒压跟踪法

从图2.4光伏电池输出曲线可知，在一定温度情况下，在1000到200W/m2的光照范围内光伏电池最大功率点可以近似认为在某固定电压值左右摆动，而恒定电压跟踪法就是利用这一特性。其实现方式是在光伏电池和负载之间串接一个可调电阻器，通过其调节使光伏电池输出电压恒定在某个平均电压值（根据电池温度为25度，不同光照下，求所测最大功率点电压的平均值），从而得到近似最大功率输出。恒定电压跟踪法的优点是控制电路简单方便，可靠性和稳定性高。该控制方法的不足之处是未考虑外界温度对光伏电池的影响，当环境温度变化较大时控制精度较差。这就需要根据光伏电池温度调整平均电压值，以适应该温度环境。

3.4.2 电导增量法

电导增量法和下文将要介绍的扰动观察法都是比较成熟并且很实用的方法。从图2.6和图2.7可以看出，光伏电池的P-U曲线只有一个波峰，在最大功率点必定有功率

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对电压的导数等于零即dP／dU=0，其中P为光伏电池输出功率，U为输出电压。因此可以得到以下的判据：

dP/dU>0，在最大功率点左侧； dP/dU=0，在最大功率点处； （3-15） dP/dU<0，在最大功率点右侧。 可得：dP/dU=dUI/dU=I+UdI/du （3-16）

对式（3-16）两边同除以电压U ，可得右侧为I/U+dI／dU。因此，可以通过判断I/U+dI／

dU的符号可以确定光伏电池是否工作在最大功率点。电导增量法在电导增量和偏差值的选择需要经过反复试凑。电导增量的大小将决定系统的跟踪速度，当增量较小时系统调节时间会很长，系统会很好的工作在最大功率点，震荡小。在实际应用中增量电导法需要给一个合适的偏差值E，当光伏电池输出功率在偏差值dP／dU=±E所设定的范围内可以认为系统工作在最大功率点。理论上偏差值越小越好，越小则最后的工作点越接近最大功率点，但实际中偏差值设置太小的话系统永远收敛不到稳定状态，最后导致在一定的范围内振荡。

这种跟踪方法的优势是当周围环境发生变化时，其能够快速跟踪环境的变化调整参数。从而适合于极端天气状况下控制光伏电池输出最大功率，但它做成实际系统相当复杂。

3.4.3 扰动观察法

通过测量当前光伏电池输出的电压U1和电流I1，如图3.5所示，求得当前功率P1,接着测量下一时刻电压U2和电流I2，求得下一时刻P2，两时刻功率和电压分别相减的

?P1?P2?P1，?U1?U2?U1,当?P1?0和?U1?0时，则输出电压加一个增量?U，直

到输出功率接近最大值Pm，当功率任在最大功率点左侧时电压会继续增加，可能会到大右侧的U4对应的功率点P4,与前一时刻相比较?P2?0和?U2?0，此时输出电压减去增量?U，到达P3点，把该点电压U3与U4相减的?U3?0，该点功率P3与P4相减的

?P3?0，在接着与下一个采样点比较，这样功率会再一次接近最大功率点Pm。如此循

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环下去，实际采样点会不断的在理论最大功率点左右徘徊。当设定的步长?U越小，则波动的幅度越小，即更加接近理论最大功率点，但是会相应的延长调节时间，影响系统的实时性；当然，步长?U过大，波动自然加大，误差也会加大，从而使系统不能正常工作。因此选择一个合适的步长很有必要性。扰动观察法实施流程图如图3.6所示。

图3.5扰动观察法原理图

图3.6 扰动观察法流程图

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