基于改進(jìn)擾動觀察法的光伏陣列MPPT研究
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光伏陣列的輸出特性曲線如圖2所示?？梢?，光伏陣列在較高電壓區(qū)域有低內(nèi)阻特性，可視為電壓源；在較低電壓區(qū)域有高電阻特性，可視為電流源。在一定光照強(qiáng)度和工作溫度下，光伏陣列存在唯一的MPP，其輸出呈非線性特征。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高電池的使用效率，應(yīng)實(shí)時調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn)，使其始終工作在MPP。
3 光伏陣列輸出特性模擬
直接使用太陽能電池進(jìn)行實(shí)驗存在時間長、費(fèi)用高等缺點(diǎn)。為了便于研究光伏陣列的輸出特性，提出一種壓阻可變的方法模擬光伏陣列的輸出特性。實(shí)驗電路如圖3所示。圖中，Us為直流源，R0為可變電阻，用于模擬太陽能陣列；U0為模擬光伏陣列的輸出電壓，后接DC／DC變換器，R1為純電阻負(fù)載；DC／DC變換器選用Boost變換器。通過控制Us的值，改變光伏陣列MPP處U0的值；通過調(diào)節(jié)R0的值，改變最大輸出功率。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/175907.htm
對于理想Boost變換器，有：
式中：U0和U1分別為Boost變換器輸入、輸出電壓；I0為平均輸入電流；D為占空比。
將變換器和R1看作一個等效電阻Re，則有：Re=U0／I0，結(jié)合式(3)可得：Re=(1-D)2R1?？梢姡琑e的大小隨D和R1變化。設(shè)光伏陣列模擬系統(tǒng)輸出功率為P，則有：
P=U0Us／(Re+R0)，U0=UsRe(Re+R0) (4)
聯(lián)立式(4)消去Re，可得
。當(dāng)U0=Us／2時，有最大輸出功率
?？梢?，P存在最大值，改變Us和R0的值可以模擬環(huán)境變化時光伏陣列的輸出變化，說明使用該方法代替光伏陣列進(jìn)行實(shí)驗是可行的，且當(dāng)U0=Us／2時，光伏陣列輸出最大功率，此時Re=R0，即在R1變的情況下，使Re=R0可實(shí)現(xiàn)光伏陣列MPPT。
4 改進(jìn)PO法
PO法通過周期性地改變工作電壓來改變P，并比較電壓變動前后系統(tǒng)的P，從而決定下一步電壓的改變方向。若P增加，則在下一個周期內(nèi)電壓繼續(xù)向相同的方向改變；反之電壓向相反的方向改變。如此反復(fù)地擾動、觀察和比較，就可以跟蹤到光伏陣列的MPP。PO算法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但算法本身存在如達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)的輸出在MPP附近振蕩等不足，尤其是在天氣環(huán)境快速變化時會產(chǎn)生錯誤方向的擾動。
光伏陣列MPP電壓受光照強(qiáng)度影響小，受溫度影響較大。但在實(shí)際中，由于光伏陣列工作溫度變化緩慢，相對而言，光照強(qiáng)度對其影響較大。光照強(qiáng)度緩慢和迅速變化時采用PO法對MPPT方向判斷的情況分別如圖4a，b所示。圖中，T為采樣周期；Pk，Pk+1分別為k和k+1時刻的光伏陣列輸出功率：dP1為MPPT產(chǎn)生的擾動引起的功率變化量；dP2為光照強(qiáng)度變化引起的功率變化量?？梢?，若dP1>dP2，則在一個T內(nèi)工作點(diǎn)向正確的方向改變；若dP1dP2，則工作點(diǎn)向遠(yuǎn)離MPP方向移動，導(dǎo)致跟蹤失效。
為解決環(huán)境快速變化時跟蹤失效的問題，對PO法做如下改進(jìn)：首先假設(shè)在一個T內(nèi)，光照強(qiáng)度變化率為一個常數(shù)。在T／2時增加一次采樣P0，在Pk～P0采樣時間內(nèi)不進(jìn)行擾動，在P0～Pk+1采樣時間內(nèi)引入擾動，如圖5所示。
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