光伏并网MPPT算法控制解析

01  MPPT介绍

太阳能光伏发电是当前利用新能源的主要方式之一，光伏并网发电的主要问题是提高系统中太阳能电池阵列的工作效率和整个系统的工作稳定性，MPPT（Maximum power point tracking,最大功率点跟踪）是太阳能光伏发电系统中的重要技术，它能充分提高光伏阵列的整体效率，也是光伏并网逆变器与普通逆变器的最大区别，原理概况为：当光伏电池所处的外界环境（如温度和辐射照度）变化时，通过不断调整光伏电池的输出电压来发出当前所在环境下对应的最大功率，使光伏电池的发电效率充分得到应用。常用的MPPT算法包括定电压跟踪法、短路电流法、扰动观察法、电导增量法、最优梯度法、模糊逻辑控制算法等。

02 平台搭建

实验系统中功率模块采用研旭桌面型功率模块YXPHM-TP210b，核心控制器采用研旭成熟的快速原型控制器SP2000，算法开发采用Simulink搭建，利用YX-View2000上位机软件监控系统，直流电源采用研旭光伏电池阵列模拟器YXPVS5K。其整体控制系统搭建拓扑如下图1所示。

 图1 光伏实验控制系统拓扑图

03算法模型

这里采用了光伏系统中应用最广的扰动观察法，扰动观察法控制简单，易于实现，其原理是基于光伏电池特效曲线单峰曲线的特点，通过对输出电压或电流施加小扰动观察输出功率的变化情况，不断修正并逐步向最大功率点靠近，最终实现MPPT。该算法流程图如图2所示。

图2 扰动观察法算法流程图

 

根据上述算法流程图，光伏逆变并网主要是控制光伏阵列的电压，算法输出光伏控制电压，根据该控制思路，在Simulink里搭建相应的算法模型，算法运行周期200mS，电压扰动步长3V，如图3所示。

图3 扰动观察法算法Simulink模型

将上述MPPT算法模块添加到DC-AC模型里，直流端电压参考由MPPT模块给出，最终组成光伏并网逆变器模型，将电压电流、PWM以及其他关键信号接到示波器控件，方便观察实验结果，如图4所示。

图4 光伏并网逆变器Simulink模型

04 实验结果

采用可编程直流电源作为光伏电池阵列模拟源，实现模拟光伏电源的IV输出，设置光伏电池阵列开路电压750V，短路电流10A，将Simulink模型下载到SP2000控制器运行，采用上位机View2000软件进行电压电流实时显示。逆变器输出电压电流波形如图5、6所示。

图5 逆变器并网电压波形图

 图6 逆变器并网电流波形图

MPPT算法计算功率波形如图7所示，计算周期为200mS，并网逆变器根据MPPT算法输出的参考电压控制光伏电池电压波形如图8所示，可以看到电压在MPP附近小幅波动。

 图7 MPPT算法计算功率波形图

图8 逆变器控制光伏电压波形图

通过光伏电池阵列模拟器YXPVS5K上的实时I-V曲线（图9）与P-V曲线（图10），可以看到，该MPPT算法模型运行结果符合预期。

图9 PV模拟源I-V曲线

 图10 PV模拟源P-V曲线

05 实验展望

通过SP2000快速原型控制与YXPHM功率硬件模块验证了MPPT算法的有效性和正确性。本实验的采用的MPPT算法为基础算法，用户可以采用其他类型的算法或对现有算法进行研究改进，同样可以在我司的硬件实物平台进行算法的仿真验证。