电源技术研究与设计

独立光伏系统最大功率跟踪控制器的实现

张瑞宁，

石新春

（华北电力大学电气工程学院，河北保定０７１００３）

摘要：介绍了在小型独立光伏系统中一种最大功率跟踪器的实现。控制器的主电路采用了降压斩波电路，结构简单，硬件实现方便。控制部分在经典干扰观测方法的基础上对控制方法进行改进，采用变步长跟踪，克服了跟踪速度和跟踪寿命短、工作温度范围精度之间的矛盾。采用超级电容器作为储能装置，从根本上解决了蓄电池储能的二次污染严重、

窄等问题。应用ＭＡＴＬＡＢ仿真软件搭建光伏电池模块，并根据改进的干扰观测法建立最大功率跟踪控制器，对超级电容器进行充电。仿真结果表明此控制器跟踪快速有效。

关键词：光伏阵列特性；降压斩波电路；超级电容器；最大功率跟踪（ＭＰＰＴ）；改进干扰观测法；ＭＡＴＬＡＢ仿真中图分类号：ＴＭ９１４．４

文献标识码：Ａ

文章编号：１００２－０８７Ｘ（２００８）０７－０４６８－０４

ＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＭＰＰＴｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｎｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ

ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ

ＺＨＡＮＧＲｕｉ－ｎｉｎｇ，ＳＨＩＸｉｎ－ｃｈｕｎ

（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＢａｏｄｉｎｇＨｅｂｅｉ０７１００３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｎｓｍａｌｌｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｗａｓ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂｕｃｋｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ．Ｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｐａｒｔ，ａｎｅｗｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｈａｔｐｒｅｖｅｎｔｅｄｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｏｆｃｌａｓｓｉｃａｌｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇＭＡＴＬＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄＭＰＰＴｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｍａｄｅｂａｓｅｄｏｎｉｍｐｒｏｖｅｄｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｗａｓｃｈａｒｇｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｄｆａｓｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ；ｂｕｃｋ；ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＭＰＰＴ；ｉｍｐｒｏｖｅｄｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；ＭＡＴＬＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

跨入２１世纪，能源问题越来越突出，具体表现在：常规能源的匮乏不足；化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污染、温室效应都与化石燃料的燃烧有关。人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在２１世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担当重任，成为２１世纪后期的主导能源。目前，太阳电池板还面临着造价高的问题，所以如何提高电池板的利用效率成为研究的热点。最大功率跟踪（ＭＰＰＴ）是继恒定电压跟踪

进行了验证。

１光伏阵列输出特性

目前，用得最多的是硅电池，本文以硅电池为例介绍光伏阵列的输出伏安特性。光照、温度、负载都会影响光伏阵列的输出特性。

１．１温度和光照影响

图１是光伏电池在标准温度２５℃时的Ｐ－Ｖ特性，温度恒定光照变化。可以看出在此种情况下，随着光照的减小最大功率减小，但是最大功率处电压基本不变。采用恒电压控制基本可以满足最大功率跟踪要求。

图２是光伏电池在标准光照１０００Ｗ／ｍ２时的Ｐ－Ｖ特性。可以看出随着光伏电池温度的升高最大输出功率下降并且最大功率点的电压发生偏移，这时若仍然用恒定电压跟踪则输出功率的损失很大。我们用０℃曲线和４０℃曲线为例说明。当光伏电池的温度为０℃时，端电压相对值为０．８时输出功率最大。当光伏电池的温度变为４０℃时若仍以端电压相对值在为０．８输出，则输出的功率几乎为０，造成了大量功率浪费。实际中，需要同时考虑光照和温度的变化，这样恒定电压法跟踪就存在弊端，不能满足最大功率点跟踪。

（ＣＶＴ）之后更有效的最大功率跟踪方法。目前国内外越来越

多的太阳能研究工作者对其方法不断进行改进完善，以提高光伏电池的利用率。本文对传统的爬山法进行改进，得到一种跟踪快速、效率高的ＭＰＰＴ方法，用ＭＡＴＬＡＢ仿真软件实现了精度在工程要求范围内的光伏阵列，并对ＭＰＰＴ改进方法

收稿日期：２００７－１２－２１

作者简介：张瑞宁（１９８２—），女，河北省人，硕士生，主要研究方向为光伏发电系统控制技术；导师：石新春（１９５１—），男，河北省人，教授，博士生导师，主要研究方向为电力电子在电力系统中的应用。

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＺＨＡＮＧＲｕｉ－ｎｉｎｇ（１９８２—），ｆｅｍａｌｅ，ｃａｎｄｉｄａｔｅｆｏｒｍａｓｔｅｒ；ｔｕｔｏｒ：ＳＨＩＸｉｎ－ｃｈｕｎ（１９５１—），ｍａｌｅ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ．

２００８．７Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．７

４６８