摘要：文章介绍了光伏（photovoltaic ，PV ）电池非线性数学模型和PV 电池的最大功率点跟踪（MPPT ，maximum pow⁃ er point tracking ）原理，并分析了常用的最大功率跟踪算法的优缺点，从而提出了改进型电导增量法进行最大功率点跟踪，利用matlab/simulink 仿真平台搭建其仿真模型分析该方法跟踪效果。结果表明：所提出的改进型电导增量法实用性强，能够快速的跟踪光伏电池输出的最大功率点，提高发电效率。 关键词：光伏电池；MPPT ；改进型电导增量法；Matlab 中图分类号：TP914
文献标识码：A
文章编号：2095-0438（2018）12-0148-03
（河海大学文天学院安徽马鞍山
剩余污泥泵
243002）
太阳能光伏电池因受到外界环境的影响如光照强度（S ）、温度（T ）、负载（L ）等，其输出的特性曲
线呈现出非线性性质[1]。当输出电压仅为某一特定电压时PV 电池下才会输出最大功率，即工作点在P-U 曲线的最高点，此点称为PV 电池最大功率点[2-3]。为了有效利用PV电池提高光电转换效率，对其进行最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT ）就显得尤为重要。 一、光伏电池数学模型
根据PV 电池工作原理可知，其基本特性与二极管特性相似[4-6]，等效电路如图1所示：
图1光伏电池等效电路
由图1可得PV电池数学表达式：
（1）
图中R s 为串联等效电阻；R sh 为并联等效电阻，与R sh 相比R s 阻值较小，所以可以忽略，最终得到PV电池输出电流数学表达式为：
中远电梯（2）
输出功率数学表达式为：
（3）
吴静妹
纪萍
陶彬彬
∗∗∗第38卷第12期
绥化学院学报2018年12月
Vol.38
No.12
Journal of Suihua University
Dec .2018
收稿日期：2018-07-22作者简介：吴静妹（1988-），女，安徽马鞍山人，河海大学文天学院讲师，
硕士，研究方向：电力电子与电力传动。基金项目：安徽省高校自然科学重点研究项目“电力系统复合扰动信号提取与分类研究”（KJ2018A0618）；河海大学文天学院校级科研项目“MCS 算法在遮阴条件下光伏MPPT 控制技术研究”（WT17005）
。
148
开路输出电压数学表达式为：（4）其中，I ：光伏电池的输出电流；I ph ：电池光生电流；I d ：流过二极管的电流；I sh ：流过内部并联电阻的电流；I o ：二极管反向饱和电流；k ：卡尔兹曼常数；λ：辐射强度；T ：阳能电池
的绝对温度；I sc ：短路电流；V oc ：开路电压；q ：电子电量；A ：无量纲的任意曲线的拟合常数（1≤A ≤2）；I ：为太阳能电池输
出电流；V ：为太阳能电池输出电压。
由上述PV 电池数学模型，在MATLAB/Simlink 中搭建其
仿真模型。当光照强度为1000W/m 2，外界环境温度由25o
C
变为40o C、56o
C 时，其仿真输出I-U 和P-U 特性曲线如图2
所示：
10
20
3040
50
60
烟气脱硫设备
70
0246810U/V
I/A
T=56ºC T=40ºC T=25ºC 0
10
20
304050
60
70
0100200300400500U/V
P /W
T=56ºC T=40ºC T=25ºC （a ）I-U 输出特性曲线（b ）P-U 输出特性曲线
图2光照强度不变温度发生变化时输出特性曲线
当外界环境温度为25o
C，光照强度由1000W/m 2
变为800W/m 2、600W/m 2时，其仿真输出特性曲线如图3所示：
10
20
3040
50
6070
0246810U/V
I/A
1000W/m 2800W/m 2600W/m 2
010
203040506070
100200300400500U/V
P /W
T=56ºC
T=40ºC T=25ºC （a ）I-U 输出特性曲线（b ）P-U 输出特性曲线
图3温度不变光照强度发生变化时输出特性曲线
从仿真输出波形可以看出，在一定的恒定T和S下存在PV 电池输出存在最大功率点。但是，在实际情况下，随着外界环境T和S的变化PV电池输出的电压、电流和最大功率点都会发生变化，这就降低了光伏工作效率。为了使PV电池在任何S和T下都可以获得最大功率输出，必须要进行MPPT控制。
二、太阳能光伏电池最大功率点跟踪研究目前MPPT 的实现方法有很多[7-9]：（1）固定电压跟踪法
机器人上下料（CVT ）：该方法优点在于控制方法简单，易于实现；缺点在于当温度变化的影响不能被忽略时，必然会影响光伏电池工作
的最佳功率点，控制精度低；（2）扰动观测法（P&O ）：该方法原理简单易于实现，但其追踪精度和步长有关，步长越长精度越低，步长过小追踪时间就会变长，同时随着输出电流的
下降，开关频率会上升损耗也随着增加；（3）电导法增量（IC ）：该方法相比CVT 和P&O 方法控制精确度高、响应速度
快，一般应用在外界环境变化较快的场合。但是，传统电导
增量法是通过比较dI dV 与-I V 的大小来判断最大功率
点。在跟踪某一个固定电压和电流产生的P-V 曲线时，效果
比较好。当外界环境发生变化时，电压电流发生变化，P-V
曲线也随之变化，在跟踪过程中就会从一个曲线跳变到另一
条曲线，这样就会出现dV =0的情况，此时dI dV =∞，这
就需要额外添加判断过程，比较麻烦[10]。基于此，本文采样改进电导增量法对PV 电池进行MPPT 控制。下面详细介其工作原理。
改进型电导增量法是通过比较dP *dV 与0的大小来判断最大功率点。当dP *dV >0时，即工作点在最大功率点
P max 左侧，此时需要增大参考电压；当dP *dV <0时，即最大功率点P max 在工作点的左侧，则需减小参考电压；当dP *
dV =0时，存在两种情况：（1）dP =0,dV ≠0，即工作点在最大功率点P max 上，参考电压不变，（2）dP ≠0,dV =0，
即外界环境发生变化，跟增在不同的P-V 特性曲线上，参考电压
可暂时不变，返回重新进行检测比较，进行下一论的最大功率点跟踪。如此反复最终跟踪到最大功率点。其控制流程图如图4所示。
图4改进型电导增量法MPPT 控制流程图
149
三、MPPT 的MATLAB 仿真实现
根据上述跟踪原理，利用Matlab/Simulink 仿真平台，建立改进型电导增量法MPPT控制仿真模型，
如图5所示。
E 图5改进型电导增量法MPPT 控制仿真模型
当外界温度T =25°
C ，光照强度由600W /m 2上升为threadx系统
1000W /m 2时，MPPT控制仿真输出如图6所示。
Time (s)
（a ）PV 电池电压V 输出波形（b ）PV 电池功率P 输出波形图6
温度不变光照发生改变时MPPT 仿真输出波形
分析：从仿真输出波形可知，在1s 时刻外界光照强度发生变化时，光伏电池输出能够快速地，准确地跟踪PV电池输出的最大功率点。
四、结论
文章首先介绍了PV 电池非线性输出特性及数学模型，并仿真验证了其输出特性。然后，介绍了MPPT 常用的控制算法优缺点，并针对缺陷，提出了改进型MPPT 算法。最后，利用Matlab/imulink 仿真平台对改进型MPPT控制算法进行仿真分析。结果表明：在外界环境发生变化的情况下，该
方法可以快速地，准确地跟踪PV电池输出的最大功率点，提高发电效率。
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[责任编辑郑丽娟]
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