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【摘 要】 本文提出了一种基于广义拉格朗日乘数法的MPPT控制方法，建立了最大功率跟踪问题非线性规划模型，利用广义拉格朗日乘数法将模型转化成一定环境条件下最大功率点的非线性方程组，利用在线检测短路电流和开路电压，设定双重算法启动条件，使系统能够随着环境参数的变化实现最大功率点跟踪控制。仿真结果表明，本算法可以直接调整到最大功率点，是一种有效的光伏发电最大功率跟踪方法。
【关键词】 光伏；最大功率点跟踪；广义拉格朗日乘数法
引言：
近年来，人们对MPPT技术[1-2]进行了深入研究，已得到了多种算法，如恒定电压控制法、扰动观测法、导纳增量法、三点比较法、以及各种方法的结合等[3]。这些MPPT方法跟踪原理各不相同，跟踪效果也各有差异，都有其固有的优缺点。
本文在光伏电池伏安特性的基础上，建立了有约束最大功率跟踪模型，通过短路电流开路电压在线监测法，利用广义拉格朗日乘数法，通过调整占空比直接找到最大功率点，避免了扰动观察法等的功率震荡问题。利用MATLAB建立了系统模型并进行了仿真，仿真结果表明本文提出的方法可以有效的进行最大功率点跟踪，提高了对光伏发电的利用率。
1 光伏电池特性
光伏电池其输出特性方程[4-5]为：
2 基于广义拉格朗日乘数法的最大功率跟踪
2.1一定环境下的MPPT
在一定光照及温度下光伏电池输出特性如式（1）所示，、看作常量。最大功率跟踪问题可看作如下非线性规划问题：
在一定光照及温度下、为常量，只需求解以上非线性方程组既可得到最大功率点电压电流。
系统靠调节占空比控制工作点到最大功率点。
2.2短路电流开路电压在线检测
在最大功率点左側近似为常量，大小近似等于短路电流；在最大功率点右侧近似为常量，大小近似等于开路电压。只有在最大功率点附近这两者的值才发生显著变化。那么在这两区间中任意一段上如果知道占空比变化前后的功率、电压或电流，即若则；若则。就可得到光伏器件的短路电流或开路电压[6]。
2.3跟踪环境参数的变化
最大功率点随外界光照强度、温度变化。在线检测当时说明环境的变化导致最大功率点已经偏移，启动算法。若过大控制精度太低，功率改变过大时才启动算法，在两次间隔中不能实现最大功率跟踪，损失了一部分功率，但装置调整次数少。若过小则控制精度高，但算法启动频繁，工作点有可能没有越过最大功率拐点，给短路电流开路电压在线检测带来困难。因此，算法启动后在当前工作点进行占空比扰动，检测是否或，若是则工作点已移动到最大功率点附近之外，否则工作点还未移出拐点，程序返回，等待下一次判断。
2.4控制流程图
3 仿真实验
为了验证提出方法的有效性，本文用MATLAB/SIMULINK对该方法进行了仿真。
模型MPPT控制通过DC/DC变换环节来实现，DC/DC变换采用BOOST电路，建立了基于Boost电路阻抗变换的方法实现光伏阵列MPPT仿真[7-8]。
仿真对象为一个最大输出功率250W的光伏组件，标准条件下（光照强度1000W/㎡，AM1.5，25℃）开路电压37.7V，短路电流8.76A，开路电压温度系数-0.34%/℃，短路电流温度系数0.05%/℃。跟踪环境参数24小时变化，光照强度变化范围0～970W/㎡，温度变化范围6℃～28℃，所得仿真结果如下：
仿真结果如图2所示，第一图为某地典型日24小时日照强度曲线图，第二图为温度曲线图。日照强度受乌云等因素影响波动较温度曲线大。第三图、第四图分别为扰动观察法和本文提出的方法MPPT最大功率跟踪曲线图。由图可见，扰动观察法在最大功率点附近产生振荡现象，而本文提出的方法直接控制到最大功率点，几乎没有振荡，能够更加有效的进行最大功率跟踪。
4 结论
本文提出了一种基于广义拉格朗日乘数法的光伏发电最大功率跟踪控制方法。本文首先建立了最大功率跟踪问题非线性规划模型，再利用广义拉格朗日乘数法将模型转化成一定环境条件下最大功率点的非线性方程组，从而使算法能直接调整到最大功率点。利用在线检测短路电流和开路电压，设定双重算法启动条件，使系统能够随着环境参数的变化实现最大功率点跟踪控制。仿真结果表明，本文提出的方法控制流程简洁，算法简单，并且可以直接调整到最大功率点，不存在其他方法所固有的功率震荡问题，是一种有效的光伏发电最大功率跟踪方法，可以达到充分利用太阳能的目的。
参考文献：
[1]张淼，吴捷，侯聪玲.自适应算法在光伏发电系统最大功率追踪中的应用[J].电力电子技术，2005，39（2）：50-52.
[2]戴欣平，马广，杨晓红.太阳能发电变频器驱动系统的最大功率控制法[J].中国电机工程学报，2005，25（8）：95-99.
[3] Hohm D P，Ropp M E.Comparative study of maximum power point tracking algorithms using an experimental，programmable，maximum power point tracking test bed[C].IEEE 28th Photovoltaic Specialists Conference，Anchorage，2000.
[4]李炜，朱新坚.光伏系统最大功率点跟踪控制仿真模型[J].计算机仿真，2006，23（6）：239-243.
作者简介：杜晓明，男，硕士，工程师，主要研究方向为分布式电源技术、电力系统自动化。
【关键词】 光伏；最大功率点跟踪；广义拉格朗日乘数法
引言：
近年来，人们对MPPT技术[1-2]进行了深入研究，已得到了多种算法，如恒定电压控制法、扰动观测法、导纳增量法、三点比较法、以及各种方法的结合等[3]。这些MPPT方法跟踪原理各不相同，跟踪效果也各有差异，都有其固有的优缺点。
本文在光伏电池伏安特性的基础上，建立了有约束最大功率跟踪模型，通过短路电流开路电压在线监测法，利用广义拉格朗日乘数法，通过调整占空比直接找到最大功率点，避免了扰动观察法等的功率震荡问题。利用MATLAB建立了系统模型并进行了仿真，仿真结果表明本文提出的方法可以有效的进行最大功率点跟踪，提高了对光伏发电的利用率。
1 光伏电池特性
光伏电池其输出特性方程[4-5]为：
2 基于广义拉格朗日乘数法的最大功率跟踪
2.1一定环境下的MPPT
在一定光照及温度下光伏电池输出特性如式（1）所示，、看作常量。最大功率跟踪问题可看作如下非线性规划问题：
在一定光照及温度下、为常量，只需求解以上非线性方程组既可得到最大功率点电压电流。
系统靠调节占空比控制工作点到最大功率点。
2.2短路电流开路电压在线检测
在最大功率点左側近似为常量，大小近似等于短路电流；在最大功率点右侧近似为常量，大小近似等于开路电压。只有在最大功率点附近这两者的值才发生显著变化。那么在这两区间中任意一段上如果知道占空比变化前后的功率、电压或电流，即若则；若则。就可得到光伏器件的短路电流或开路电压[6]。
2.3跟踪环境参数的变化
最大功率点随外界光照强度、温度变化。在线检测当时说明环境的变化导致最大功率点已经偏移，启动算法。若过大控制精度太低，功率改变过大时才启动算法，在两次间隔中不能实现最大功率跟踪，损失了一部分功率，但装置调整次数少。若过小则控制精度高，但算法启动频繁，工作点有可能没有越过最大功率拐点，给短路电流开路电压在线检测带来困难。因此，算法启动后在当前工作点进行占空比扰动，检测是否或，若是则工作点已移动到最大功率点附近之外，否则工作点还未移出拐点，程序返回，等待下一次判断。
2.4控制流程图
3 仿真实验
为了验证提出方法的有效性，本文用MATLAB/SIMULINK对该方法进行了仿真。
模型MPPT控制通过DC/DC变换环节来实现，DC/DC变换采用BOOST电路，建立了基于Boost电路阻抗变换的方法实现光伏阵列MPPT仿真[7-8]。
仿真对象为一个最大输出功率250W的光伏组件，标准条件下（光照强度1000W/㎡，AM1.5，25℃）开路电压37.7V，短路电流8.76A，开路电压温度系数-0.34%/℃，短路电流温度系数0.05%/℃。跟踪环境参数24小时变化，光照强度变化范围0～970W/㎡，温度变化范围6℃～28℃，所得仿真结果如下：
仿真结果如图2所示，第一图为某地典型日24小时日照强度曲线图，第二图为温度曲线图。日照强度受乌云等因素影响波动较温度曲线大。第三图、第四图分别为扰动观察法和本文提出的方法MPPT最大功率跟踪曲线图。由图可见，扰动观察法在最大功率点附近产生振荡现象，而本文提出的方法直接控制到最大功率点，几乎没有振荡，能够更加有效的进行最大功率跟踪。
4 结论
本文提出了一种基于广义拉格朗日乘数法的光伏发电最大功率跟踪控制方法。本文首先建立了最大功率跟踪问题非线性规划模型，再利用广义拉格朗日乘数法将模型转化成一定环境条件下最大功率点的非线性方程组，从而使算法能直接调整到最大功率点。利用在线检测短路电流和开路电压，设定双重算法启动条件，使系统能够随着环境参数的变化实现最大功率点跟踪控制。仿真结果表明，本文提出的方法控制流程简洁，算法简单，并且可以直接调整到最大功率点，不存在其他方法所固有的功率震荡问题，是一种有效的光伏发电最大功率跟踪方法，可以达到充分利用太阳能的目的。
参考文献：
[1]张淼，吴捷，侯聪玲.自适应算法在光伏发电系统最大功率追踪中的应用[J].电力电子技术，2005，39（2）：50-52.
[2]戴欣平，马广，杨晓红.太阳能发电变频器驱动系统的最大功率控制法[J].中国电机工程学报，2005，25（8）：95-99.
[3] Hohm D P，Ropp M E.Comparative study of maximum power point tracking algorithms using an experimental，programmable，maximum power point tracking test bed[C].IEEE 28th Photovoltaic Specialists Conference，Anchorage，2000.
[4]李炜，朱新坚.光伏系统最大功率点跟踪控制仿真模型[J].计算机仿真，2006，23（6）：239-243.
作者简介：杜晓明，男，硕士，工程师，主要研究方向为分布式电源技术、电力系统自动化。