MPPT算法在光伏发电中的应用范文

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1Newton插值法

1．1最大功率点附近的多项式推导分析光伏电池模型实际是由单个电池串并联组成，其中并联电阻很大，串联电阻很小，两者之比几乎为104倍，因此，在实际应用中忽略了因并联电阻存在的漏电流和因内电阻引起输出电压下降。那么光伏电池数学模型可以简化为。光伏发电系统稳定工作点在恒压区，也就是工作点的电压变化很小，因此光伏电池最大功率点附近的工作电压U可近似等于最大功率点处的工作电压Um。根据简化的模型可以得到在最大功率点附近的输出功率。

1．2Newton插值mppt算法Newton插值算法利用二次插值的思想，仅通过一步就可以跟踪到最大功率点，在跟踪速度和精准度上有很大优点。Newton插值MPPT算法原理:采集系统最大功率点附近3个工作点(U0，P(U0))，(U1，P(U1))，(U2，P(U2))，应用Newton插值法构造出光伏电池V－P曲线。Newton插值法的实现过程如表1所示。

1．3改进型MPPT算法通过对以上两种方法的分析和研究，扰动观察法简单易实现但存在振荡，Newton插值法实现跟踪精度高，所以本文提出了一种将两者相结合的改进型MPPT算法，能够提高系统最大功率跟踪的稳态精度和跟踪的精度。该算法具体实现的思想是首先用变步长扰动观察法快速跟踪到最大功率点附近。0时，说明最大功率点在所取的三个点之间，此时用Newton插值法快速拟合出三点之间的曲线，精确的跟踪到最大功率点处。该算法实现的流程图如图3所示。情况(1)如图4所示，说明此时在最大功率点的左侧正在上坡，那么需要沿着同方向扰动，扰动量是变步长的，步长扰动量为h=a*k1*k2，a为扰动速度因子，文中取2，扰动后令电压:uout=u(k－2)+h。情况(2)如图5所示，说明此时在最大功率点的右侧正在下坡，那么需要向相反方向扰动，扰动后的电压为uout=u(k)－h。当k1*k2＜0时，k1＞0，k2＞0或者k1＜0，k2＞0，如图6中③所示，说明此时最大功率点在这三点之间，那么用Newton插值法快速跟踪到最大功率点处，用DSP来控制输出电压。牛顿插值的输出电压公式。

2仿真验证

为了验证该改进型算法，本文以MATLAB为工具搭建了相关三相并网发电系统仿真模型，如图7所示，设定相关仿真参数:直流侧上下电容均设定为4000μF，每相滤波电感设定为4mH，逆变桥为三电平拓扑结构，PV组件阵列的开路电压设置为748V，短路电流设置为26．5A，最大功率点电压设置为600V，最大功率点电流设置为24．5A，三相电网电压设置为380V，频率50Hz。在PV模块中，数字25所在的模块代表环境温度，取25℃，温度模块下方的是光照强度模块，time一栏中输入时间点，amplitude一栏中输入光照强度，在0时刻，设定对应的光照强度和温度等的综合因子为1，当0．5时刻，设定对应的光照强度和温度等综合因子为0．8。仿真结果如图8所示:为光伏系统的MPPT跟踪效率，能够在0．2s内精确的跟踪到最大功率点处的电压，在0～0．5s之间，外界环境温度和光照等综合因子为1时，PV组件的电压始终跟随在MPPT计算出的最大功率点的电压值600V附近，与实验设定的电压相符合，在0．5s处加了外界干扰，将光照强度和温度等综合因子由1降为0．8，此时电压也跟着下降，发生轻微振荡，但在干扰的情况还是能得到最大功率，在0．6s处取消外界干扰，电压也恢复上升，重新跟随在MPPT计算出的当前环境下的最大功率点的电压附近，这表明无论外界环境如何变化，PV组件始终工作在最大功率点对应的电压，很好地完成了最大功率跟踪的任务。传统扰动观察法和改进MPPT算法在最大功率点附近的振荡对比如图9和图10所示。由以上对比可知:改进型MPPT算法比传统扰动观察法在最大功率点处的振荡明显减小，基本能够精确的跟踪，解决了振荡问题带来的能量损失。

3结束语

最大功率跟踪技术是提高光伏发电效率的关键技术，在分析了传统扰动观察法和Newton插值法的MPPT算法的基础上，文中提出了基于两种算法结合的改进MPPT算法。该改进型MPPT算法不仅克服了系统跟踪精度差以及在环境发生突变情况下容易出现误判的缺点，而且能够快速的跟踪到最大功率点，提高了系统的动态响应速度。通过利用MAT-LAB搭建系统仿真模型，仿真结果表明，外部环境变化情况下，改进型MPPT算法能够快速实时跟踪最大功率点，在最大功率点附近只有很小的振荡，达到了较为理想的跟踪精度。说明了该改进型MPPT算法有可行性和稳定性。

作者：高嵩 马红利 何宁 陈超波 单位：西安工业大学 电子信息工程学院