基于改進(jìn)型單純形加速法的變步長MPPT控制算法:結(jié)合光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制特點，針對單純型加速法的不足，提出一種新的基于改進(jìn)單純型最大功率點跟蹤（MPPT—Maximum Power Point Tracking）優(yōu)化算法，設(shè)計在線步長調(diào)節(jié)，改變電壓收斂速度。利用PSIM仿真軟件構(gòu)建通用型光伏矩陣模型，模擬任意參數(shù)的光伏陣列，動態(tài)跟蹤光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度的變化，應(yīng)用于單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，相對于常規(guī)MPPT控制算法，結(jié)合了優(yōu)化技術(shù)的變步長MPPT算法能快速準(zhǔn)確跟蹤最大功率點，系統(tǒng)波動小穩(wěn)定性高。
關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)；改進(jìn)型單純形加速法；功率跟蹤；優(yōu)化算法；變步長；
光伏發(fā)電是當(dāng)前利用太陽能的主要形式之一[1]，但光伏系統(tǒng)受外界溫度、光照強(qiáng)度影響顯著，導(dǎo)致光伏陣列不能持續(xù)工作在最大輸出功率點，降低能量轉(zhuǎn)換效率。為了提高太陽能利用率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，最大輸出功率追蹤（MPPT）成為非常關(guān)鍵的問題[2]。
國內(nèi)外關(guān)于最大輸出功率點跟蹤算法有很多種，可分為非自尋優(yōu)和自尋優(yōu)兩大類型[3]。非自尋優(yōu)方法控制復(fù)雜，在實際中很少采用。自尋優(yōu)算法目前主要包括固定電壓法、登山法、增量導(dǎo)納法等等[4]。融合各種算法優(yōu)點結(jié)合現(xiàn)代控制策略和方法，衍生出多種新穎的最大功率跟蹤算法，與優(yōu)化控制技術(shù)相結(jié)合是其中一類設(shè)計模式。優(yōu)化設(shè)計方法包括準(zhǔn)則法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法，其中數(shù)學(xué)規(guī)劃法是將優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)量化為目標(biāo)函數(shù)，調(diào)整變量反復(fù)迭代求取目標(biāo)函數(shù)極值點。本文將結(jié)合光伏系統(tǒng)控制特點，討論以改進(jìn)型單純形加速法為基礎(chǔ)的變步長最大輸出功率優(yōu)化跟蹤算法。
2?基于單純形加速法的MPPT控制算法
光伏電池I-V特性與太陽輻射強(qiáng)度S、環(huán)境溫度T有極大關(guān)系，依據(jù)電子學(xué)理論的光伏電池等效數(shù)學(xué)模型可以表述為I=g（V，S，T）。根據(jù)太陽電池電氣特性，忽略串聯(lián)電阻效應(yīng)，在任意太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度下光伏電池輸出功率[5]：
? （1）
其中：P是光伏陣列輸出功率，是一個連續(xù)可導(dǎo)的非線性函數(shù)。I是光伏陣列輸出電流；V是光伏陣列輸出電壓IL是光生電流；ID0是二極管反相飽和電流；q是電荷電量；n是二極管性能指數(shù)；k是波茲曼常數(shù)；TC是太陽能電池溫度。
太陽能電池的P-V特性如圖1所示，在整個電壓范圍內(nèi)功率曲線為單峰函數(shù)，太陽能電池在任何時刻都存在一個最大功率輸出的工作點，這個功率點對應(yīng)唯一的電池輸出電壓，求取曲線的最大值也就是計算dP/dV最小值的過程，屬于無約束多變量的最優(yōu)化控制方式。無約束多變量函數(shù)的優(yōu)化方法有多種形式，例如共軛梯度法、牛頓法、單純型加速法等。文獻(xiàn)[6]以傳統(tǒng)梯度法為基礎(chǔ)逐步逼近函數(shù)最小值，實現(xiàn)光伏陣列輸出功率快速跟蹤。就優(yōu)化控制方法而言，梯度法是沿著目標(biāo)函數(shù)某一方向進(jìn)行搜索，雖然在遠(yuǎn)離極值點地方每次都可能使目標(biāo)函數(shù)有較大的下降，但在接近極值點的地方，由于鋸齒現(xiàn)象將導(dǎo)致每次迭代行進(jìn)距離縮短，因而收斂速度慢，在搜索精度要求高時有可能搜索不收斂。