浅谈光伏MPPT算法

MPPT，即MaximumPowerPointTracking的简称，中文为“最大功率点跟踪”，这个词在光伏行业中出现频率非常高，光伏相关的电力电子设备如光伏逆变器，光伏优化器均支持MPPT，他的主要作用是调节光伏电池组件的工作点，始终令光伏组件输出最大功率。

下图是典型的光伏组件输出特性曲线，其中蓝色为I-V曲线，红色为P-V曲线：

为了简单分析，我们假设光伏组件直接接恒流负载，由于负载电流固定，组件的工作点也就固定无法改变，无法输出最大功率：

现在，我们将光伏组件接上优化器（实际上一种是DC/DC变换器），假如优化器为BUCK拓扑，占空比范围为0~100%。

当占空比100%，效果等同于直连负载，负载电压为Vx，组件输出电压也是Vx；

当占空比为0时，效果等同于组件与负载完全断开，负载电压为0V，组件输出电压为Voc;

优化器有能力将组件电压在Vx~Voc之间调节，当调节到Vmp 时，即工作在最大功率点，这种能力也就是MPPT。

需要注意的时，当负载电流太小，导致Vx处于Vmp右边时，优化器无法将组件电压调节至Vmp，因为它的调节范围为Vx~Voc。

相信大家能在网上搜索到很多种最大功率跟踪的方法，为了便于大家理解入门，本文仅着重介绍两种方法：扰动观测法和它的进阶版双向扰动法，这两种方法都要求变换器本身有控制输入电压的能力。

此方法简单来说，就是令光伏组件输入电压往某个方向扰动（变化一小步，比如增大或减小0.3V），然后观察扰动前后的功率差值，如果功率变大，那么说明扰动方向正确，继续扰动即可；如果功率变小，说明扰动方向错误，需要改变扰动方向，以下为此方法的示意图，扰动观测法的工作情况可以分为A B C三种，分别对应P-V曲线的左坡、右坡、峰顶。

扰动观测法具有逻辑简单，算法容易实现的优点，但这种方法存在一定局限性：在光照强度变化的情况下，算法判断功率变化时可能会出错，扰动往错误的方向走。

下面来分析下这种情况，我们知道光伏组件的P-V曲线随着光照强度变化，呈现如下图的变化趋势，即使不对输入电压做扰动，光伏组件输出功率也会产生变化。

我们假设光照快速减弱，下图种第1步扰动，受到光照减弱影响，扰动过后功率变小，算法会误以为扰动方向错误，从而选择错误的方向执行第2步扰动。

双向扰动法可以消除上述光照变化对扰动观测的影响，让MPPT即使在光照变化时，也能准确判断正确的扰动方向，首先来分析光照变化时，每一步扰动的对应的功率具体是如何变化的。

首先看扰动1，计算这一步扰动的功率变化：

不能直接作为判断依据，它包含的光照变化和扰动引起的两部分功率变化，

光照变化引起的功率为：

扰动引起的功率变化为：

可以被作为扰动观测的判断判断，但是由于 是未知的，无法直接求出 。

我们观察到光照变化时，这个点我们无法通过扰动到达，但是可以通过往回扰动一步到达。

可以认为是 和 的之间的中点，故有：

最后可以求得：

最终只需要判断的正负既可以判断扰动方向，简单概括下来，双向扰动法的核心分为3个步骤：

1、往某一个方向扰动，记录本次扰动的功率变化 。

2、往1的相反方向扰动一步，记录本次扰动的功率变化 。

3、如果 ，说明第1步的方向正确，再次按照第1步方向扰动回去；相反，则第2步扰动方向正确，本次扰动结束。

未完。。。