一種改進(jìn)型太陽(yáng)陣最大功率點(diǎn)跟蹤方法

　　前言

　　迄今為止，絕大多數衛星電源都采用太陽(yáng)陣加蓄電池的供電方式。光照期間，太陽(yáng)陣一方面為整星載荷提供能量，另一方面對蓄電池進(jìn)行充電;蓄電池則負責在陰影期或峰值功耗時(shí)釋放存儲的能量為載荷供電。根據太陽(yáng)陣的V-I曲線(xiàn)可知，在任一特定的條件下，太陽(yáng)陣都有一最佳工作點(diǎn)，在此工作點(diǎn)太陽(yáng)陣輸出的功率最大。

　　目前，國內衛星均采用直接能量傳輸方式(DET)，在此方式下，電源系統將太陽(yáng)陣輸出的能量直接提供給星上載荷。但由于受光照強度、溫度以及使用年限等因素的影響，太陽(yáng)陣輸出電壓、電流將不斷衰減，直接能量傳輸方式未對太陽(yáng)陣的最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，這勢必造成太陽(yáng)陣輸出能量的浪費。本文針對這一現象，提出一種基于太陽(yáng)陣最大功率點(diǎn)跟蹤方式(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，通過(guò)在太陽(yáng)陣輸出環(huán)節增加一輔助電路，將太陽(yáng)陣工作點(diǎn)維持在最大功率點(diǎn)，極大地提高太陽(yáng)陣利用效率。

　　MPPT理論

　　MPPT本質(zhì)上是一個(gè)用作阻抗匹配的DC/DC電路，通過(guò)控制DC/DC電路對整星阻抗進(jìn)行匹配。鑒于太陽(yáng)陣的光伏特性受到外界諸多因素影響(光照強度、溫度等)，其輸出特性呈現非線(xiàn)形特征，為了問(wèn)題的簡(jiǎn)化，太陽(yáng)陣的模型可以看作是一個(gè)直流電源和一個(gè)電阻的串聯(lián)，其中電阻是一個(gè)受到外界因素(光照、溫度、輻射等)影響的可變電阻。這樣，當外界因素發(fā)生變化時(shí)，勢必造成可變電阻阻值的波動(dòng)，進(jìn)而影響太陽(yáng)陣輸出特性。利用DC/DC電路所構成的MPPT功能電路(圖1)，圖中R表示任一時(shí)刻整星的等效載荷。

　　雖然太陽(yáng)陣和DC/DC電路是非線(xiàn)性的，然而在極短時(shí)間里，可以作為線(xiàn)性電路處理。根據戴維寧定理可以將方框外的電路等效為一個(gè)阻抗，假設此阻抗為Req，則任一時(shí)刻此等效阻抗Req上得到的功率為：

　　當分子為零時(shí)，亦即Req等于Rs時(shí)，太陽(yáng)陣將輸出最大功率，假設DC/DC電路為理想電路，不存在能量的消耗，則載荷上將得到最大功率。所以欲使任一時(shí)刻載荷獲得最大功率，需要一個(gè)能夠對整星阻抗進(jìn)行匹配的DC/DC電路，通過(guò)此電路對整星阻抗重新匹配，使得其盡可能逼近太陽(yáng)陣模型中的等效阻抗Rs。

　　目前，常用的DC/DC電路有降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk電路以及正、反激電路。假設上述幾種電路都為理想電路，則它們的等效輸入阻抗分別如下(a為開(kāi)關(guān)器件的占空比，0

　　升降壓和Cuk電路：