基于光伏电池输出特性的MPPT算法研究.doc

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计算机工程与设计Computer冯冬青，李晓飞：基于光伏电池输出特性的MPPT算法研究EngineeringandDesign
2009,30(17)
3925
嵌入式系统工程
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，基于单个光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
ImprovedMPPTalgorithmbasedonoutputpropertiesofPVcells
FENGDong-qing,LIXiao-fei
(SchoolofElectricEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002,China)
Abstract：Photovoltaicarraysimulationcanbeusedtofindbettermethodstoimplementmaximumpowerpointtracking(MPPT)controlforefficientsolarpowersystems.AnaccurateandpracticalmodelforphotovoltaicarraysisdevelopedwithMatlabforthephotovoltaiccellmechanisms.ThemodelcouldsimulateboththeP-UandI-Ucharacteristicsofphotovoltaicarraysforanyinsolationlevelandambienttemperature.Testresultsprovethattheimprovedvariablestepoptimizationalgorithmwithcurrentmonitorcircuittoalterthecontrolrulemakethephotovoltaicsystemquicklyandtrackthemaximumpowerpointaccurately.Keywords：photovoltaiccells;outputcharacteristic;maximumpowerpointtracking(MPPT);incrementalconductancealgorithm(IncCond);variablestepsize
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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可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[1]。目前，最大功率点跟踪算法主要集中在扰动观测法
[2-4]
1
1.1
光伏电池的等效模型与输出特性
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T(℃)的变化而变化，满足I=(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1所示。单个光伏电池的输出伏安特性表达式为I=Iph-I0(eq(U+IRs)/nKT-1)-(U+IRS)/Rsh(1)一个理想的光伏电池，其等效串联电阻RS很小，等效并联电阻Rsh却很大，光照较强时，电流远远大于(U+IRS)/当光Rsh，忽略等效并联电阻影响，(1)可简化为式I=Iph-I0(eq(U+IRs)/nKT-1)建立光伏电池数学模型
[6]