摘要：在光伏发电系统中，快速准确地进行最大功率点跟踪有利于光伏组件功率的充分利用。因此，本文主要对光伏发电系统MPPT控制方法进行了详细分析。 关键词：光伏发电；MPPT；控制方法 一、常规的MPPT技术的缺点 （1）恒电压法，这种方法比较简单、容易实现光伏阵列工作在最大功率点电压附近，而且系统较稳定；但是，由于只是一种近似的最大功率跟踪方法，特别是当温度变化较大时，最大功率点电压也相应变化较大，使得跟踪效率不高。 （2）扰动观察法，是一种常用的方法；但是，光伏阵列只能在最大功率点附近震荡工作，有相当一部分功率会因此而损失。 （3）间歇扫描法，这种方法相对比较稳定可靠，算法比较简单；但是这种方法无法实现连续的功率输出，同时控制器必须要有较大的存储空间。 （4）模糊控制法，是现今一种比较先进的控制方法，精度好，速度快，但是这种控制方法要求设计人员具备更多的直觉和经验。 二、MPPT控制方法 （一）常规MPPT控制方法
恒电压跟踪法依靠光伏阵列在不同的日照强度和相同的温度下最大功率点电压基本不变的原理，控制光伏阵列的输出电压Uv恒定工作在电压Vm来完成对最大功率的追踪。开路电压法是其最大功率点工作电压V1与开路电压V2的比值约为0.76，将其工作电压设定为0.76倍的开路电压，此时光伏阵列即近似工作在最大功率点。短路电流法是其最大功率点输出电流Im与短路电流Is的比值近似等于0.91而设计的算法。这些方法较实用，但它们只是近似的MPPT方法，在环境条件快速变化的时候，会带来较大的能量损失。扰动观察法是初设一个光伏阵列工作电压，通过调节功率管的占空比给光伏阵列输出电压周期性扰动，比较扰动前后的输出功率，如果增加，则光伏电池工作于MPP左侧，保持当前的扰动方向，增大光伏阵列输出端电压；反之亦然。该方法简单，但会导致输出在MPP附近振荡，造成一定的功率损失，并且当环境变化剧烈时有可能导致跟踪失败。增量电导法是依据光伏阵列在最大功率点处dP/dU=0，所以有：dP/dU=I+U×dI/dU=0，即dI/dU=－I/U，则当系统输出电导的变化量等于输出电导变化量的负值时，光伏电池工作在MPP附近。增量电导法控制相对精确、跟踪速度较快，基本可以消除在MPP振荡现象，与扰动法相比，他们都存在跟踪速度与跟踪精度矛盾的问题，该方法对硬件的要求特别是传感器要求较高，成本也相对较高。
图1
（二）双步长扰动观察法
扰动观察法可通过减小占空比变化量DD改善光伏器件在MPP附近的功率振荡现象，但DD较小会降低系统对日照变化的响应速度，当外界环境变化较大的时候，跟踪速度会比较慢，但较大的DD又会使其跟踪的精度降低，可考虑根据光伏器件工作点调整MPPT控制中的DD从而兼顾MPPT的快速性和精度。模糊控制也是普遍使用的变步长MPP控制方法，它虽具有较佳的快速性和稳定性，但该方法实现复杂，工程应用较为困难。此双变步长MPPT控制方法是在控制过程中Dd共有两个等级，较大者用于日照突变时MPPT控制；较小者用于光伏器件工作在MPP附近，以降低功率振荡。
图2
（三）迭代比较法
在实际的跟踪最大功率的过程中，P随占空比D的变化曲线是单峰值曲线，设[Da，Db]为迭代区间，对应于占空比D，其最大区间为[0，1]，e为误差值，Dx，Dy为迭代变量，设有
Dx，Dy的值即Dx=Da＋0.382（Db－Da），Dy=Da＋0.618（Db－Da）作为脉宽调制信号，驱动开关管，通过电压电流传感器检测到功率Px、Py，并根据Px、Py的值作出判断。此方法最大功率点跟踪的灵敏度与精确度相比普通扰动观察法有很大的提高，并且直接控制的是占空比实现起来也相对简单。
（四）电流固定参数法与扰动观测法结合
该控制方法的原理是：当系统实现短路电流法的控制目标后即知道光伏阵列的短路电流就能使光伏阵列的输出功率重新接近MPP，再通过小步长扰动观察法使光伏器件的工作点继续向MPP移动，最后稳定在那里。其具体的过程是对光伏阵列输出电压V、输出电流I进行采样，并计算出DPK/DVK，根据DPK/DVK的符号判断光伏阵列工作在最大功率点左侧还是右侧，然后根据其工作状态采取不同的控制方法即当DPK/DVK<0时，通过改变MPPT电路开关的占空比，使其工作在最大功率点左侧。根据采样得到光伏阵列的输出电压V、输出电流I，通过计算得到K时刻光伏阵列的短路电流IK=DPK/DVK及（K+1）时刻光伏阵列的短路电流IK+1=DPK+1/DVK+1，并比较两次电流的误差DIK。如果DIK在误差范围内，那么IK近似等于短路电流，将该电流用于MPP的短路电流控制。如果DIK超过规定范围，同时DPK/DVK>0表明系统工作在最大功率点左侧且靠近最大功率点处，此时采用小步长扰动观察法进行控制。
（五）变步长电导增量法与电压固定参数法结合
在最大功率点处有唯一的最大功率点，则有dp/du=0，而在最大功率点两端均不为0，可以令step=N×｜dp/du｜作为算法中每步步长数据，通过设置合适的N，提高系统的控制精度，其中的dp/du为一个自调整因子，当工作点偏离最大功率点稍远时，dp/du随之增大，以较大步长调整工作点电压，当工作点与最大功率点接近时，其随之减小，以较小的步长调整工作点电压，从而提高了最大功率点的跟踪精度。
如果光照强度变化比较快，相对而言光伏电池表面温度的变化是缓慢的，假设光伏电池表面的温度在短时间内保持不变，而在工作点电压不变的情况下，光伏阵列的输出电流与光照强度近似为线性关系，在系统设计中，另外增加一个电流检测回路，当电流增量到达一定值即Di>e时（e为一给定值，非负值）说明光照强度发生了较大变化，此时马上调整控制策略，由文中提到的开路电压法知道，光伏阵列最大功率点电压约为开路电压的76%，则可以调整的策略是检测开路电压U1，使输出电压U=76%U1，从而使工作点快速转到MPP附近，实现功率点的快速跟踪，当光照稳定，电流变化较小的时候，则进入之前说的变步长电导增量法模式，精确的跟踪最大功率点，该算法能够很好的解决最大功率点中跟踪精度与跟踪速
度之间的矛盾，但是该算法在实现的过程中对硬件的要求特别是传感器的要求较高，并且在实现过程中难度较大。
结语
综上所述，在实际应用过程中，存在的实际问题还需要做进一步研究。如果把几种算法优点有机结合，使之能满足实际需求是今后的发展方向。随着新兴能源的不断发展，光伏阵列最大功率跟踪算法精度和速度的提高，将是未来的主要发展趋势。
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