光伏匯流箱中功率優(yōu)化器的設(shè)計和MPPT控制方法研究

　　對于光伏電池，P=UI，則在最大功率點(diǎn)處：

系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)左側(cè)運(yùn)行；

，系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)右側(cè)運(yùn)行;

，系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)處運(yùn)行。

　　電導(dǎo)增量法的控制流程圖如圖9所示。

　　電導(dǎo)增量法基本解決了在最大功率點(diǎn)附近的震蕩、功率損失等問題。對于環(huán)境的變化可以準(zhǔn)確快速地調(diào)整系統(tǒng)輸出，匹配最大功率點(diǎn)，平穩(wěn)地跟蹤。

　　3.2 變步長電阻增量法

　　借鑒電導(dǎo)增量法，本文提出了一種基于電流尋優(yōu)的MPPT方法—變步長電阻增量法。電阻增量法的判斷依據(jù)為：當(dāng)前光伏陣列的P-I曲線(圖3(c))斜率為零時在最大功率點(diǎn)處，為正時在最大功率點(diǎn)左邊，為負(fù)時在最大功率點(diǎn)右邊，即：

　　因此，可以通過判斷U+IdU/dI的符號來實現(xiàn)跟蹤。假設(shè)在最大功率點(diǎn)處I_ref=I_mpp，光伏電池將維持這個點(diǎn)直到輸出功率發(fā)生變化，接著再通過增大或減小I_ref跟蹤新的最大功率點(diǎn)。變步長電阻增量法的控制流程圖如圖10所示。其中，U(k)和I(k)為光伏電池的電壓和電流采樣值，U(k-1)和I(k-1)為上一個周期的采樣值，I_ref為輸出的最大功率點(diǎn)處電流參考值，I_step為最大功率點(diǎn)處電流參考值變化的步長。鑒于固定步長無法兼顧跟蹤速度和穩(wěn)態(tài)誤差的缺陷，本文采用變步長方式，變步長電阻增量法原理為：光伏電池實際工作點(diǎn)位置距最大功率點(diǎn)處的遠(yuǎn)近決定了P-I曲線的斜率大小，若斜率大，則使用大步長跟蹤;若斜率小，則使用小步長跟蹤。取步長為I_step=K|dP/dI|，其中K為固定系數(shù)，步長可根據(jù)實際情況變化。

4 仿真結(jié)果及分析

　　通過Simulink對單重BOOST電路、雙重BOOST電路和雙路雙重BOOST電路分別搭建電路模型進(jìn)行仿真，實際工作過程為：首先對兩個光伏電池封裝模塊進(jìn)行電壓和電流采樣，通過變步長電阻增量法得到最大功率點(diǎn)電流，此電流的一半作為其對應(yīng)雙重BOOST電路中各個電感電流的指令值。再經(jīng)過PI控制，生成對應(yīng)每個開關(guān)管的PWM調(diào)制信號。PWM的載波信號是鋸齒波，同一路兩個開關(guān)管PWM信號在相位上互差180°。兩路4個PWM信號相位互錯90°。每個追蹤器采用獨(dú)立的MPPT控制，分別對每路光伏組件進(jìn)行功率優(yōu)化。

　　仿真電路中光伏電池組件在標(biāo)準(zhǔn)條件(1 kW/m²，25 ℃)下的最大功率點(diǎn)電壓為31.8 V，最大功率點(diǎn)電流為5.47 A，開路電壓為39.8 V，短路電流為6.15 A，負(fù)載為10 Ω，儲能電容為50 μF，平波電容為200 μF，電感取值均為3 mH，開關(guān)頻率為10 kHz。仿真時間為0.2 s。在0.1 s時，光照由1.0 kW/m2突變至1.2 kW/m²。

　　光伏電池的輸出功率波形如圖11所示，從圖中可以看出，控制器在仿真啟動后快速找到了最大功率點(diǎn)，并在光照強(qiáng)度突變后能快速跟蹤到新的最大功率點(diǎn)。

　　在相同的仿真參數(shù)下，全部采用變步長電阻增量法進(jìn)行MPPT控制，單重BOOST電路電感電流紋波和雙重BOOST電路總電感電流紋波如圖12和圖13所示，電流紋波分別為ΔI=0.32 A、ΔI=0.23 A。通過比較可知，雙重BOOST電路總電感電流紋波明顯小于單重BOOST電路電感電流紋波，與理論分析相符。

　　雙路雙重BOOST電路在兩路電流匯流后，再經(jīng)過電容濾波，負(fù)載上的電壓如圖14所示，可以看出輸出電壓波動很小。

　　圖15為雙路雙重BOOST電路中四個電感電流，從圖中可以看出，采用電流尋優(yōu)控制的變步長電阻增量法可以有效實現(xiàn)各電感電流均流。

5 結(jié)論

　　本文首先分析了光伏電池的工作原理和輸出特性，并由此建立了光伏電池的數(shù)學(xué)模型。然后對功率優(yōu)化器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做了改進(jìn)，提出了一種雙重BOOST電路結(jié)構(gòu)。接著基于電導(dǎo)增量法提出了基于電流尋優(yōu)的變步長電阻增量法。最后，用Simulink搭建了雙路雙重BOOST電路的仿真模型，仿真結(jié)果表明，采用變步長電阻增量法控制下的雙路雙重BOOST電路可以在快速跟蹤最大功率點(diǎn)的同時有效實現(xiàn)各個電感電流均流。

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　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第7期第49頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。