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基于改进扰动法的光伏电池最大功率点跟踪研究
摘要
光伏电池是一种非常普及的绿色能源设备，其最大功率点跟踪技术对其发电效率的提高至关重要。本文基于改进扰动法，对光伏电池的最大功率点跟踪技术进行研究。首先介绍光伏电池的原理及其工作特性。然后详细探讨了扰动法的原理，分析了该方法的优缺点。接着，提出了改进扰动法，并针对该方法进行了仿真实验。实验结果表明，该方法的跟踪速度和跟踪精度均有显著提升，能够有效提高光伏电池的发电效率。
关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；扰动法；改进扰动法；仿真实验
Abstract
Photovoltaiccellsarewidelyusedgreenenergydevices,andthemaximumpowerpointtrackingtechnologyiscrucialtoimprovetheefficiencyoftheirpowergeneration.Basedontheimprovedperturbationmethod,thispaperstudiesthemaximumpowerpointtrackingtechnologyofphotovoltaiccells.Firstly,theprincipleandworkingcharacteristicsofphotovoltaiccellsareintroducedindetail.Then,theprincipleofperturbationmethodisanalyzedanditsadvantagesanddisadvantagesarediscussed.Next,theimprovedperturbationmethodisproposed,andsimulationexperimentsarecarriedoutforthismethod.Theresultsshowthatthetrackingspeedandaccuracyofthismethodaresignificantlyimproved,whichcaneffectivelyimprovethepowergenerationefficiencyofphotovoltaiccells.
Keywords:photovoltaiccell;maximumpowerpointtracking;perturbationmethod;improvedperturbationmethod;simulationexperiment
1.引言
光伏电池是一种绿色能源设备，可将太阳能转化为电能供人们使用。随着能源短缺的问题逐渐凸显，光伏电池得到越来越广泛的应用。其中，最大功率点跟踪技术是提高光伏电池发电效率的重要手段。本文旨在研究基于改进扰动法的光伏电池最大功率点跟踪。
2.光伏电池的工作原理及特性
光伏电池是由多个氧化半导体层组成的，其原理是通过半导体的PN结，将太阳能转化为直流电能。在光照下，光线激发半导体中的电子和空穴生成电流，形成光生电势。当光伏电池输出功率最大时，其光生电势达到最大值。但由于光照、温度、载荷等因素的影响，光伏电池的输出功率会发生变化。
光伏电池的主要特性有：
（1）开路电压：即在极大值点（即Isc处）不接负载时的电压，通常情况下为0.5~1V。
（2）短路电流：即在极小值点（即Voc处）短路电池时的输出电流，通常情况下为几十毫安到数百毫安。
（3）最大功率点：即在相应的电压和电流下，电池输出功率最大的状态。
（4）填充因子：即最大功率点时，电池输出电流与短路电流之比，是电池性能好坏的重要指标。
3.扰动法原理及分析
扰动法是一种最大功率点跟踪的常用方法，其原理是在当前工作点处，对电池的电压或电流进行微小扰动，观察暂时的功率变化，并采取相应措施使功率增加。这种方法需要一定时间才能达到最优状态，但可以快速实现最大功率点跟踪。
扰动法的优点是简单易行，适用于大多数光伏电池。但是，当电池输出功率快速变化时，扰动法的跟踪速度较慢且精度不高。此外，如果电池的初始工作点不在最大功率点附近，则扰动法的收敛速度会更慢。
4.改进扰动法
为解决扰动法的缺点，提高光伏电池最大功率点跟踪的速度和精度，本文提出改进扰动法，改进方法如下：
（1）引入PID控制器
PID控制器是一种常用的控制算法，在最大功率点跟踪中也经常被使用。其基本原理是根据误差信号，经过比例、积分和微分三个环节的处理，计算出控制量，从而实现对电池工作点的调节。
（2）加入快速寻找最大功率点的算法
在初始工作点与最大功率点相距很远时，采用传统的扰动法，需要进行多次扰动与调整才能找到最大功率点。为了快速找到最大功率点，本文提出加入一种快速寻找最大功率点的算法，将电池工作点迅速调整到最大功率点附近进行扰动跟踪。
（3）多级