一種基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略

一種基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略自適應(yīng)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制策略在太陽能電池系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，以最大化控制系統(tǒng)的發(fā)電能力。其中一種常用的自適應(yīng)MPPT控制策略是基于變步長電導(dǎo)增量法（Perturb-and-ObserveMethod）。

本文將詳細(xì)介紹基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略的原理、實(shí)現(xiàn)過程以及其優(yōu)缺點(diǎn)。

一、基于變步長電導(dǎo)增量法的原理

太陽能電池系統(tǒng)中，變步長電導(dǎo)增量法通過測量系統(tǒng)當(dāng)前的電壓和電流來計(jì)算出當(dāng)前功率。接著，控制器將短路電流注入系統(tǒng)中，以評估功率的變化。若功率提高了，則控制器會繼續(xù)執(zhí)行相同的步驟，直到達(dá)到最大功率點(diǎn)。一旦最大功率點(diǎn)達(dá)到，控制器通過變化電池的輸出電壓或電流來保持其在這個點(diǎn)。

變步長電導(dǎo)增量法的控制器可通過增加或減少步長來調(diào)整電池的電流或電壓，以從遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)的一側(cè)移動到最大功率點(diǎn)。同時，控制器需要根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境條件，如太陽輻射強(qiáng)度、溫度等因素來不斷調(diào)整步長，提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度。

二、基于變步長電導(dǎo)增量法的實(shí)現(xiàn)

基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略由以下主要組件構(gòu)成：

1.電池電壓和電流測量

在太陽能電池系統(tǒng)中，需要測量電池的電壓和電流來計(jì)算功率。這可以通過電壓表和電流表實(shí)現(xiàn)。

2.變步長調(diào)整

變步長的調(diào)整非常關(guān)鍵，它能夠控制電池的輸出電流或電壓，以保持最大功率點(diǎn)。變步長需要根據(jù)電池的輸出特性和當(dāng)前環(huán)境的特點(diǎn)實(shí)時調(diào)整。

3.反饋控制

反饋控制用于控制電池的輸出，以將其保持在最大功率點(diǎn)。該控制策略通常采用比例積分（PI）控制器來控制反饋參數(shù)。

4.最大功率點(diǎn)跟蹤算法

最大功率點(diǎn)跟蹤算法用于計(jì)算電池的電壓和電流之間的關(guān)系，并將其保持在最大功率點(diǎn)。其中變步長電導(dǎo)增量法即為一種最大功率點(diǎn)跟蹤算法。

三、基于變步長電導(dǎo)增量法的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1.系統(tǒng)響應(yīng)速度較快，并且對于大多數(shù)環(huán)境因素具有較好的適應(yīng)性，可保持系統(tǒng)的最大功率輸出。

2.實(shí)現(xiàn)簡單，成本較低，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

3.可以更好地適應(yīng)日常環(huán)境的變化，如云層遮擋、溫度變化等因素。

缺點(diǎn)：

1.由于隨機(jī)性較強(qiáng)，控制系統(tǒng)可能采用不同路徑來達(dá)到最大功率點(diǎn)，因此最大功率點(diǎn)不一定穩(wěn)定。

2.該控制策略在低光強(qiáng)條件下容易產(chǎn)生震蕩，并且需要高精度的測量儀器來獲得更精確的功率估計(jì)值。

3.變步長策略會增加系統(tǒng)的噪音水平，有時需要特殊減幅電路來降低其噪聲干擾。

四、結(jié)論

基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略是實(shí)現(xiàn)太陽能電池系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤的一種簡單而有效的方法。該方法雖然存在一定的缺點(diǎn)，但優(yōu)點(diǎn)明顯，可用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信這種自適應(yīng)MPPT控制策略將得到更廣泛的應(yīng)用和進(jìn)一步的改進(jìn)。為實(shí)現(xiàn)太陽能電池系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤，目前采用的控制策略之一是基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略。在該控制策略中，控制器通過測量系統(tǒng)當(dāng)前的電壓和電流，計(jì)算當(dāng)前的功率，并根據(jù)功率變化來調(diào)整電池的輸出電流或電壓，以使其保持在最大功率點(diǎn)。本文將從數(shù)據(jù)角度來分析基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略的效率、穩(wěn)定性等方面的優(yōu)缺點(diǎn)。

一、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

我們在一個太陽能電池系統(tǒng)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)包括一個太陽能電池板、一個電池、一個升壓變換器和一個恒定電流負(fù)載。我們使用基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略來跟蹤電池的最大功率點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)中，我們記錄了電池的電壓、電流、功率和反饋控制器的輸出。我們以不同的光強(qiáng)和不同溫度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并記錄了電池不同輸出電壓和電流下的IV曲線。

1.光照強(qiáng)度的影響

我們在不同光強(qiáng)下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，記錄了電池的IV曲線如圖1所示。


從IV曲線可以看出，在光強(qiáng)較低時，基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略存在震蕩現(xiàn)象，電壓和電流將在最大功率點(diǎn)附近來回波動，這可能會使控制器無法穩(wěn)定地保持在最大功率點(diǎn)。隨著光強(qiáng)的增加，電池的輸出電流將趨于穩(wěn)定，并隨著輸出電壓的變化而變化。

我們還記錄了在不同光強(qiáng)下控制器的反饋控制輸出和電池的功率輸出。結(jié)果如圖2所示。


從圖2中可以看出，隨著光強(qiáng)的增加，控制器輸出的反饋控制參數(shù)也逐漸增加，直到在最大功率點(diǎn)處保持穩(wěn)定。此時，電池的功率輸出也達(dá)到了最大值。

2.溫度的影響

我們還在不同溫度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，記錄了電池的IV曲線如圖3所示。


從圖3中可以看出，電池的輸出電流隨著溫度的升高而升高，而輸出電壓隨著溫度的升高而下降。這一趨勢可以解釋為隨著溫度的升高，電子的運(yùn)動速度增加，電池內(nèi)部電阻減小，因此電流會增加；同時，隨著溫度的升高，電池的開路電壓會下降，因?yàn)殚_路電壓受到多種物理過程的影響，如P-N結(jié)的帶隙收縮等。

我們還記錄了在不同溫度下控制器的反饋控制輸出和電池的功率輸出。結(jié)果如圖4所示。


從圖4中可以看出，隨著溫度的升高，電池的輸出功率也會相應(yīng)地下降。這是因?yàn)殡S著溫度升高，電池的開路電壓下降，而此時控制器的輸出電流也在降低，導(dǎo)致電池在此情況下無法充分利用太陽光的能量。

二、總結(jié)

基于變步長電導(dǎo)增量法的自適應(yīng)MPPT控制策略是一種簡單而有效的方法，可以實(shí)現(xiàn)太陽能電池系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤。然而，該控制策略也存在一些限制和挑戰(zhàn)：

1.基于變步長電導(dǎo)增量法的控制策略在低光強(qiáng)條件下易產(chǎn)生震蕩。

2.該控制策略需要高精度的測量儀器來獲得更精確的功率估計(jì)值。

3.變步長策略會