一种应用于光伏系统MPPT的变步长扰动观察法

文章编号：2095-6835（2023）20-0080-03基于优化型变步长扰动观察法的光伏MPPT仿真研究胡昊明，雷初聪，易荣卫（赣南科技学院，江西赣州341000）摘要：光伏电池最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技术的核心任务是寻找到最大功率点的位置，以提高算法的利用效率。

目前常见的MPPT算法，例如扰动观察法、恒定电压法等存在着跟踪精度低、响应速度慢等问题。

选择在常用的扰动观察法上进行优化，利用输出功率与工作功率的绝对值作为扰动条件，得到改进后的变步长扰动观察法，用于保证系统尽可能处于最大功率点。

通过Matlab/Simulink仿真验证发现这种方法能够同时兼顾MPPT步长的速度和精度。

关键词：最大功率点跟踪；扰动观察法；Matlab/Simulink；步长中图分类号：TM615文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.20.023相比于化石、煤油、天然气等不可再生能源，太阳能、风能等可再生能源在发电领域具有更加广阔的应用前景[1-2]。

由于光伏发电具有能量密度大、发电便捷、发电灵活、便于利用等优点，相比于其他可再生能源，其在发电领域中得到了更为广泛的应用[3]。

然而，光伏发电也存在诸多不足之处，例如发电效率低、受自然环境因素影响较大、对电力系统正常的频率调整会对其有较大干扰等缺点，其中最为核心的问题是光伏发电效率低[4]。

为提高光伏发电的效率，常采用MPPT控制算法。

MPPT算法从自然影响因素入手，尽量去减少自然因素对系统的影响，想办法提升系统的适应能力，使光伏系统工作点尽量保持在最大功率点，提高系统的有效转换率[5]。

利用MTTP算法可以让光伏电池得到最大程度的利用，使光伏系统高效平稳地运行[6]。

目前常见的MPPT算法有扰动观察法、恒定电压法、电导增量法等，这些方法存在着跟踪精度低、响应速度慢、环境自适应能力差等缺点[7-9]。

一种变步长扰动观察法在光伏MPPT中的应用张光明;刘毅力;马龙涛;叶炳均【摘要】针对传统扰动观察法的扰动步长选取无法兼顾跟踪速度和稳态精度的缺陷,对传统扰动观察法进行改进,设计了一种变步长扰动观察法.首先分析光伏电池输出的P-U曲线的特点,然后阐述了基于Boost电路实现光伏最大功率点跟踪(MPPT,maximum power point tracking)的控制系统及其工作原理,最后利用Matlab/Simulink搭建基于传统算法以及改进算法的光伏发电MPPT仿真模型,并在同一环境下对这2种算法的跟踪效果进行仿真对比.结果表明,改进的算法有效弥补了传统算法的缺陷,在快速跟踪最大功率点的同时又保证了跟踪的精度,具有良好的动态性能和稳态性能.【期刊名称】《西安工程大学学报》【年(卷),期】2019(033)004【总页数】7页(P433-439)【关键词】P-U曲线;最大功率点跟踪;Boost电路;扰动观察法;变步长;仿真分析【作者】张光明;刘毅力;马龙涛;叶炳均【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048;国网陕西省电力公司铜川供电公司,陕西铜川727000;西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TM6150 引言随着全球人口的持续增长和经济的不断发展,能源危机和环境污染问题日渐突出,开发研究清洁再生能源已经成为人类社会的共识。

由于光伏发电在发电过程中没有污染和噪声等诸多优点,所以目前成为国内外研究的热点[1-2]。

光伏电池作为光伏发电系统的能量提供单元,其功率输出是随着太阳光照强度以及环境温度的变化而变化的,但是在一定的工作环境下,电池都具有唯一的最大功率输出点,因此为了使电池输出功率最大化,应当实时调节电池的工作点,使其一直工作在最大功率点附近,即MPPT技术[3]。

目前实现MPPT技术的算法有很多,比较常用的传统算法有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法[4]。

一种应用于光伏系统M的变步长扰动观测方法1、本文概述随着全球能源危机和环境问题日益突出，光伏系统作为一种清洁可再生能源的转换方式，受到了广泛的关注和研究。

光伏系统的最大功率点跟踪技术一直是研究的热点和难点。

传统的固定步长摄动观测方法虽然简单可行，但在实际应用中存在跟踪速度慢、精度低、易振荡等问题。

本文提出了一种应用于光伏系统的变步长扰动观测方法，旨在提高最大功率点跟踪的效率和稳定性。

本文首先介绍了光伏系统的基本原理和最大功率点跟踪的重要性，然后详细阐述了传统固定步长扰动观测方法的原理和存在的问题。

此外，本文提出了一种基于可变步长策略的扰动观测方法，该方法动态调整扰动步长，以实现对不同光照和温度条件下光伏系统最大功率点的快速准确跟踪。

本文还对所提出的变步长扰动观测方法进行了理论分析和仿真验证，结果表明该方法具有跟踪速度快、跟踪精度高、稳定性好的特点。

本文还讨论了该方法的实际应用前景和可能的改进方向，为光伏系统中的最大功率点跟踪技术提供了新的思路和方法。

2、光伏系统基础知识光伏系统，又称光伏发电系统，是利用光伏效应将太阳能转化为电能的系统。

光伏效应是指太阳光照射到光伏材料（如硅）中的光子和电子之间的相互作用，导致电子从原子中逃逸，形成光生电流。

这种无噪声、无污染的发电方式越来越受到全球的关注和推广。

光伏系统主要由光伏组件、逆变器、支架和连接线组成。

光伏模块是系统的核心部件，由多个串联或并联的光伏电池组成，负责将太阳能转换为直流电。

逆变器负责将直流电转换为交流电，以连接到电网或其他电气设备。

支架用于固定光伏组件，确保其能够连续稳定地接收太阳辐射。

在光伏系统运行过程中，光伏组件的性能参数，如开路电压、短路电流、最大功率点电压和电流，对系统的整体性能有重大影响。

最大功率点（MPP）是光伏模块具有最高输出功率的工作点。

光伏系统的目标之一是使光伏模块尽可能接近MPP工作，以实现最大的能量转换效率。

为了实现这一目标，光伏系统通常使用最大功率点跟踪（MPPT）算法。

2019.01理论与算法改进型扰动观察法在光伏发电MPPT中的应用蔡小庆，陈晓芳(燕京理工学院信息科学与技术学院，河北廊坊，065201 )摘要：为了提高光伏电池的发电效率，采用最大功率点跟踪（M P P T)控制技术。

在常规扰动观察法的基础上加以改进，提 出一种滞环比较和面积差相结合的变步长算法。

研宄了基于Boost电路的光伏发电MPPT控制系统的原理，在Matlab/ Simulink中构建M PPT仿真系统模型，通过仿真验证了该方法的可行性。

结果表明：改进后的M PPT算法能有效的抑制震 荡现象，且能快速的跟踪在最大功率点。

关键词：光伏发电；Simulink仿真；最大功率点跟踪；扰动观察法Application of Improved Perturbation Observation Method inMPPT of PhotovoltaicCai Xiaoqing,Chen Xiaofang(Yanching Institute of technology,Langfang Hebei,065201)A b s t r a c t:In order to improve the power generation efficiency of photovoltaic cells, MPPT controltechnology is used. In this paper, based on the conventional perturbation observation method, a hysteresis comparison and area difference algorithm are proposed. The principle of MPPT control system based on Boost circuit is studied, and the MPPT simulation system is built in Matlab / Simulink.The feasibility of this method is verified by simulation. The results show that the improved MPPT algorithm can effectively suppress oscillations and stabilize the maximum power point quickly.K e y w o r d s:P h o t o voltaic power generation;Simulink simulation;MPPT;Perturbation observation method〇引言本文以分布式光伏发电系统为目标，在分析光伏电池 输出特性的基础上，深入研宄M PPT控制理论，提出了一种改 进的变步长扰动观察法，该算法是滞环比较法与面积差相结 合，以面积差值作为扰动步长来确定扰动方向，使输出最大 功率点的跟踪速度与精度满足系统要求。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·34·2023年第11期文章编号：2095-6835（2023）11-0034-03基于变步长扰动的光伏MPPT算法吕阳（陕西东方航空仪表有限责任公司，陕西汉中723102）摘要：随着不可再生能源的枯竭，清洁能源的开发与利用成为未来的一种趋势。

太阳能作为其中翘楚，扮演着重要的角色。

然而目前的太阳能发电效率受到光伏光照强度、温度和负载等因素的制约。

首先介绍了光伏MPPT算法的工作原理，然后介绍了定电压法、扰动观测法、变步长的扰动观测法的算法思想，最后通过仿真验证了本文方法的有效性。

关键词：光伏发电；光照强度；温度；最大功率点追踪中图分类号：TM615文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.11.009近年来，随着经济复苏，各行各业都在飞快发展。

能源是保障及制约社会发展的重要因素。

若能源匮乏，将严重影响经济建设。

相较于其他可再生能源，如风能、水能等能源，受区域及特定环境影响。

太阳能的资源非常丰富，是新能源领域的翘楚，也是未来的一个大趋势[1]。

充分利用太阳能资源，对于缓解能源危机，保证社会发展有着巨大的意义。

当下，利用太阳能发电就要提高太阳能电池的工作效率。

研究发现，光照强度和温度参数会限制太阳能电池的工作效率。

并不是如惯性思维所认知的：光照强度越强，温度越高，太阳能的发电效率就越强。

而是当太阳能发电系统满足特定条件时，太阳能电池才会保持最大输出功率。

因此，如何提升太阳能发电效率，是新能源领域的热点问题。

目前，业内公认使太阳能电池在最大功率输出的技术被称之为MPPT （Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪）控制技术[2]。

通过MPPT算法的控制，可以提高太阳能利用率，解决一系列的能源问题。

此类算法均是通过了解太阳能电池基本特性，采集太阳能电池的电压、电流，推算太阳能最大功率点，加以控制算法调控，以实现最大功率追踪，提升太阳能系统的效率。

一种应用于光伏电池MPPT的变步长爬山法
潘惠琴
【期刊名称】《电子世界》
【年(卷),期】2018(0)20
【摘要】光伏电池的输出特性与外界环境有关,为了能够提高光伏电池的利用效率,需对光伏电池进行最大功率点跟踪。

其中,扰动观察法的应用较广泛,提出了一种变步长扰动观察法,对传统的扰动观察法进行了改进。

随着化石能源的枯竭以及环保问题越来越受到重视,各国开始投资光伏产业并制定相应的政策以刺激光伏产业的发展(曹龙汉,余佳玲,李景南,陈福光.基于MATLAB/Simulink的光伏电池仿真建模研究[J].半导体光电,2015,36(05):718-721)。

然而,对光伏发电系统而言,太能能转换为电能,效率较低,因此应着眼于解决光伏电池输出效率的问题。

【总页数】2页(P72-72)
【关键词】光伏电池;变步长;MATLAB/Simulink;MPPT;应用;爬山法;扰动观察法;最大功率点跟踪;
【作者】潘惠琴
【作者单位】安徽理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN713
【相关文献】
1.一种改进的变步长爬山法光伏电源MPPT控制方法 [J], 张谦;徐宁;叶自强;段天元;虞哲燕
2.一种应用于光伏发电MPPT的变步长电导增量法 [J], 赖东升;杨苹
3.一种光伏发电变周期变步长MPPT优化算法 [J], 梁创霖;周华安;文桂林;卿启湘
4.一种应用于光伏系统MPPT的变步长扰动观察法 [J], 朱铭炼;李臣松;陈新;龚春英
5.分段式自适应变步长爬山法在光伏系统MPPT中的应用 [J], 王森; 杨超; 蒲阳; 孙志勇; 李楠
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