基于插值法在光伏并網(wǎng)發(fā)電中的MPPT控制

摘 要：在實(shí)際的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中所采用的 MPPT控制策略為擾動(dòng)法與電導(dǎo)增量法，但兩者均有不足的地方，無法準(zhǔn)確跟蹤最大功率點(diǎn)。 基于此原因，本文提出了基于插值法的MPPT控制。此法可以彌補(bǔ)目前常用的兩種方法的缺點(diǎn)，并且可以提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過仿真結(jié)果，也顯示出此方法在對最大功率點(diǎn)的控制方面起到了良好效果，實(shí)用意義較大。

關(guān)鍵詞：擾動(dòng)法；電導(dǎo)增量法；MPPT；插值法

我國作為標(biāo)志性的能源消耗大國，雖然能源豐富，但隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的騰飛同時(shí)也伴隨著巨大的能源消耗。尤其是不可再生資源如煤炭、石油等資源的過度開采使之面臨枯竭的情況，同時(shí)也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。 太陽能發(fā)電可以大大減少火力發(fā)電對煤炭的消耗，目前對所使用的方式有兩種：獨(dú)立式與并網(wǎng)式，[1]本文中主要探討的是光伏并網(wǎng)。

怎樣可以將太陽能進(jìn)行最大效率開采，且能夠使得整個(gè)系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行，這個(gè)問題一直困擾著技術(shù)人員，也是一直在探索想要解決的。找尋并跟蹤MPPT也就是最大功率點(diǎn)是目前在單級光伏并網(wǎng)發(fā)電中所面臨的技術(shù)瓶頸，盡管目前出現(xiàn)了多種跟蹤方式但是都具有各自的局限性，本文在滑模的基礎(chǔ)上提出了一種新型的尋找最大功率的點(diǎn)的方式即基于插值法在光伏并網(wǎng)發(fā)電中的MPPT控制。

1 光伏電池原理

簡單來說，將光能轉(zhuǎn)換成電能就是光伏發(fā)電的原理，可看作一種轉(zhuǎn)換能量的過程，而在這個(gè)過程中，其最重要的器件就是光伏電池，其工作原理就是光生伏特效應(yīng)。

如圖1所示，理想狀態(tài)下得到的光伏電池等效電路：

根據(jù)圖1得：

2 光伏陣列的P-V特性分析

在保持光照以及其他環(huán)境因素不變的狀態(tài)下，通過光伏陣列的P-V輸出特性曲線可以得到其是一個(gè)以最大功率點(diǎn)為極大值的單峰值函數(shù)，其中最大功率為：dP/dV=0 。

在保持溫度等其他環(huán)境因素不變的狀態(tài)下，光照強(qiáng)度發(fā)生變化，光伏陣列的最大功率會(huì)隨之而改變，只有在保持不變的光照情況時(shí)，才能夠有唯一的最大功率點(diǎn)，并且最大功率在P-V特性曲線斜率為零的點(diǎn)。不論光照強(qiáng)度如何，在電壓增大的情況下，最大功率點(diǎn)左側(cè)的功率隨之而增大，但右側(cè)的功率會(huì)隨之減小。

在保持光照以及其他環(huán)境因素不變的情況下，溫度發(fā)生變化時(shí)，光伏陣列的最大功率會(huì)隨之而改變，只有在保持溫度不變情況時(shí)，才能夠有唯一的最大功率點(diǎn)。在溫度升高的情況下，最大功率點(diǎn)會(huì)隨之而減小。

3 最大功率點(diǎn)追蹤控制策略

目前，常用的方法是擾動(dòng)法和電導(dǎo)增量法，但這兩種方法均存在諸多缺點(diǎn)，本文中采用的方法是數(shù)值分析，尤其當(dāng)面臨著外部條件變化較大的狀況時(shí)，通過數(shù)值分析中的插值法將采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此計(jì)算分析最大功率點(diǎn)可以十分逼近真值。

插值的思想[4][5]：用拉格朗日插值算法將多個(gè)采樣得來的工作點(diǎn)進(jìn)行擬合一條P-D曲線，并將所得到的擬合曲線的值與實(shí)際情況下的功率值進(jìn)行對比，在其兩個(gè)功率值滿足某一條件時(shí)，最大功率點(diǎn)輸出就可以看作此時(shí)的工作點(diǎn)。

采用拉格朗日插值函數(shù)，dmin，dint，dmax代表著其中的三個(gè)采樣點(diǎn)的導(dǎo)通占空比，各自對應(yīng)的輸出功率為Pmin，Pint，Pmax

根據(jù)拉格朗日插值的基函數(shù)，可以推出拉格朗日插值函數(shù)，再加上擬合輸出功率曲線，最大輸出功率對應(yīng)的占空比為可以表示為：

插值法MPPT算法流程：

在式3-2中，與相差可以忽略時(shí)，此時(shí)可以作為實(shí)際測試的功率值的最大功率值。如果不滿足相差足夠小這個(gè)條件，則放棄最小功率值點(diǎn)，進(jìn)而重新選擇新功率點(diǎn)進(jìn)行插值計(jì)算。

4 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用插值法對光伏并網(wǎng)發(fā)電MPPT測試，即時(shí)地追蹤輸出功率的變化規(guī)律，插值法仿真結(jié)果如下圖所示：

根據(jù)仿真可知：在MPPT仿真測試中，采用插值算法，因?yàn)樵诳刂葡到y(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)對光照強(qiáng)度階躍變化的準(zhǔn)確檢測，并快速地修改減小了逆變輸出功率參考值，在此仿真種表現(xiàn)了此系統(tǒng)算法擁有相對較好的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

本文是在分析了傳統(tǒng)MPPT控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)的情況下，采用了一種新控制策略并且進(jìn)行仿真。通過仿真結(jié)果可以看出在該控制策略下光伏并網(wǎng)發(fā)電可以對功率最大點(diǎn)實(shí)時(shí)、高效、穩(wěn)定的跟蹤。即使外界的環(huán)境因素發(fā)生改變，也能夠迅速并準(zhǔn)確尋找到新的最大功率點(diǎn)，從而可以保證整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)可以處于穩(wěn)定的情況下。

參考文獻(xiàn)：

[1]王飛，余世杰，蘇建徽，等.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究及實(shí)現(xiàn)[J].太陽能學(xué)報(bào)，2005，26（5）：605-608.

[2]董密，羅安.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計(jì)與控制方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（20）：97-102.

作者簡介：李琳（1990-），女，碩士，現(xiàn)就職于安徽綠海商務(wù)職業(yè)學(xué)院信息技術(shù)系，職務(wù)：專任教師，主要授課課程：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電路原理、電子技術(shù)等。