最大功率点跟踪方法

3.5.1 定电压跟踪法

通过图3-10a、3-10b可知，当辐照度大于一定值并且温度变化不大时，光伏电池的输出P-U曲线上最大功率点几乎分布于一条垂直直线的两侧附近。定电压跟踪法正是利用这一特性。根据实际系统设定一个恒定不变的运行电压，使系统在设定的电压下运行，从而尽可能使系统输出的功率最大。在外界环境变化不大时，可以近似认为太阳能电池始终工作在最大功率点处[24]。Umpp表示光伏阵列的最大功率点电压，Uoc表示光伏阵列的开路电压，经研究发现，Umpp和Uoc有着近似的线性关系：

UmppkUOC (3.14)

式(3.14)中，k为比例系数，取决于光伏电池的特性，一般其取值为0.8左右。

该算法结构简单，容易实现，但是由于该算法只是一种近似的MPPT控制算法，在外界环境发生变化时，很容易偏离最大功率点。因此，电压跟踪法常用在控制要求低，成本低廉的简易系统中[25]。 3.5.2 电导增量法

根据光伏阵列的P-U输出特性曲线可知，它是一条连续可导的单峰曲线，在最大功率点处，功率对电压的导数为零，也就是说，最大功率点的跟踪实质就是搜索满足dPdU0条件的工作点。考虑光伏电池的瞬时输出功率为：

PUI (3.15)

将上式两边对光伏电池输出电压U求导，则

dPdI (3.16) IUdUdU当dPdU0时，光伏电池的输出功率达到最大。则可以推导出工作点位于

最大功率点时需满足以下关系： dII (3.17) dUU即当光伏电池阵列工作在最大功率点时，需满足(3.17)式。

电导增量法的优点是与太阳能电池组件特性及参数无关，因而能够适应光照强度快速变化的情况，而且该方法的电压波动小，并具有较高的控制精度；其缺点是该方法实现起来复杂，并且容易受到其他信号的干扰而出现误动作。一般情况下dI和dU值取的很小，那么就需要光伏阵列输出电压、输出电流等参数的采

样精度很高，而传感器的采样精度有限，所以必然会存在误差，另外，电导增量法存在振荡问题。 3.5.3 扰动观察法

扰动观察法是最常用的光伏阵列MPPT控制算法，由于其算法简单、成本较低、容易操作，因此被广泛使用。扰动观察法控制流程图如图3-11所示，该算法主要是不停地对光伏电池阵列的输出电压进行扰动，然后观测光伏电池输出功率的变化，根据功率变化的趋势连续改变扰动电压方向，使光伏电池最终工作于最大功率点。其中D(k)为开关管在当前工作周期的占空比，D(k1)为开关管在下一工作周期的占空比，D表示开关管占空比的变化量，即扰动步长[26]。

开始采样U(k)、I(k)YP(k)-P(k-1)=0?NNP(k)-P(k-1)>0?YU(k)-U(k-1)>0?YD(k+1)=D(k)-∆DND(k+1)=D(k)+∆DNU(k)-U(k-1)>0?YD(k+1)=D(k)+∆DD(k+1)=D(k)-∆D返回

图3-11 扰动观察法算法流程图

扰动观测法控制简单，易于实现，但是由于“扰动”始终存在就会造成阵列输出功率在最大功率点附近震荡运行，增加了能量的损耗。而且，该算法的适应能力差，在外界环境改变的情况下有可能无法跟踪到最大功率点。