基于DSP的光伏電池最大功率跟蹤算法設計

圖4 Boost電路的拓撲結構

對光伏電池陣列進(jìn)行最大功率跟蹤過(guò)程中，工作電壓的控制是通過(guò)Boost升壓電路完成的。當占空比D越大時(shí)，Boost電路的輸入阻抗就越小，占空比D越小時(shí)，Boost電路的輸入阻抗就越大。通過(guò)改變Boost電路的占空比D，使其等效輸入阻抗與光伏輸出阻抗相匹配，實(shí)現光伏電池的最大功率輸出，這是采用Boost電路能夠實(shí)現最大功率跟蹤的理論依據。對于Boost電路的工作原理，本文不再贅述。

4 最大功率跟蹤時(shí)的問(wèn)題

采用電導增量法進(jìn)行最大功率跟蹤過(guò)程中，通過(guò)調節Boost電路的占空比來(lái)實(shí)現光伏電池陣列的工作點(diǎn)電壓的控制，從而達到最大功率的跟蹤。然而通過(guò)光伏電池的電壓/電流曲線(xiàn)和電壓/功率曲線(xiàn)可以看出，工作在恒壓源區和恒流源區是改變相同步長(cháng)的工作電壓對光伏電池的輸出功率改變是不同的。在恒流源區內，輸出電流對工作電壓的改變敏感度很低，而在恒壓源區對電流的影響卻是非常明顯。為了能夠更快、更精確的追蹤到光伏電池的最大功率輸出的工作電壓電流，需要對跟蹤的方法進(jìn)行改進(jìn)。

5 改進(jìn)方法

根據相同工作電壓變化量在恒壓源區和恒流源區的不同影響效果，對兩個(gè)區內電壓變化的步長(cháng)作適當調整，提高最大功率跟蹤的效率。經(jīng)過(guò)測試，通常使用的光伏電池的最大功率點(diǎn)電壓一般為其開(kāi)路電壓的（0.75-0.85）倍，所以恒流源區與恒壓源區電壓范圍的比例關(guān)系大概是4:1。如果判斷出當前光伏電池陣列工作于恒壓源區時(shí)，其工作電壓肯定大于最大功率點(diǎn)電壓，要朝著(zhù)減小工作電壓的方向變化，取它的電壓變化步長(cháng)為△V；反之，如果判斷出當前光伏電池陣列工作于恒流源區時(shí)，其工作電壓肯定小于最大功率點(diǎn)電壓，要朝著(zhù)增大工作電壓的方向變化。為了提高跟蹤速度，取它的電壓變化步長(cháng)為4△V。

為了提高最大功率跟蹤的精度，在一定的溫度和光照強度時(shí)，當光伏電池的輸出功率與當前條件下所能達到的最大功率接近到一定程度時(shí)，對它的跟蹤步長(cháng)△V進(jìn)行調制，將△V適當變小，使其更精確的跟蹤最大功率。在實(shí)際運行當中，光照強度突然發(fā)生變化瞬間，光伏電池兩端的工作電壓不會(huì )發(fā)生明顯變化，相反，光伏電池的輸出電流會(huì )發(fā)生瞬間的明顯變化。根據這一特點(diǎn)來(lái)判斷△V應采用大步長(cháng)值△V2還是小步長(cháng)值△V1。在系統控制參數的設計時(shí)，需要根據具體的光伏電池參數，來(lái)確定工作電流的變化量 的值作為判斷標準。改進(jìn)后的電導增量法流程圖如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后的電導增量法流程

6 實(shí)驗結果

由實(shí)驗波形很容易看出，采用改進(jìn)后的電導增量算法的光伏系統，在光照強度很穩定時(shí)，直流母線(xiàn)電壓的波動(dòng)非常??；當光照強度突然變化時(shí)，直流母線(xiàn)上的電壓也非常穩定，電流迅速增大，保證光伏電池始終做最大的輸出。

圖6 光強突變時(shí)的母線(xiàn)電流和電壓

7 結語(yǔ)

利用TMS320LF2407數字信號控制器作為主要控制芯片，采用改進(jìn)的MPPT控制方式，該系統具有很好的動(dòng)態(tài)響應和跟蹤精度，具有跟蹤光伏電池陣列最大功率點(diǎn)的功能，提高了系統的效率，充分利用了能源。