MPPT最大功率点跟踪：扰动观察法与PID控制器的结合

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@小白创作中心

MPPT最大功率点跟踪：扰动观察法与PID控制器的结合

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CSDN

https://blog.csdn.net/2301_76779673/article/details/142829236

光伏发电中，由于光强的改变，需要不停改变功率负载，以达到最大功率输出的目的。其中有一种算法为扰动干扰法，其硬件成本低，实现算法容易。但其输出存在震荡问题，会对后级电路产生不良影响。为改善扰动观察法输出震荡问题，在其占空比输出的控制环路添加PI控制器，此PI控制器以扰动观测法输出为期望值，输出电压与输入电压的比值为反馈值。

最大功率点跟踪

由于光伏电池的输出功率随温度、阳光强度和其他外部参数变化而变化。为达到最大输出功率，对最大功率点跟踪是至关重要的。当日照情形变化时，可以提供最大功率传输效率的负载曲线也随之变化，若负载可以配合功率传输效率最高的负载曲线来调整，系统会有最佳的效率。功率传输效率最高的负载特性称为最大功率点。而最大功率点追踪就是设法找到最大功率点，并使负载特性维持在这个功率点。可以设计电路来表示连接到太阳能电池上的任何负载，之后再转换电压、电流或是频率以配合其他系统。而最大功率点追踪可以找到为了得到最大可用功率所需要的最佳负载。

常见最大功率点跟踪方法

固定电压法.电导增量法.扰动观察法。由于原理简单、硬件实现方便这里采用扰动观察法。

扰动观察法

扰动观察法的控制器会小幅的增加或减少电压，并且量测其功率。若功率增加，继续依相同方向调整电压，一直到功率不增加为止。依照功率对电压的曲线在未到最大功率时曲线会上升，超过最大功率时曲线会下降的特性而来的。扰动观察法因为容易实现，是最常使用的最大功率点追踪方式。

显然系统工作点无法稳定运行在最大功率点上，只能在最大功率点附近振荡运行，而振荡的幅值则由步长决定。若扰动步长过大，跟踪的速度快，但在最大功率点附近的振荡幅度比较大，可能造成较大功率损失；若步长过小，功率损失会小些，但跟踪的速度会慢，系统的响应速度降低。

稳压电路

稳压电路采用同步buck电路，相较于异步buck电路效率显著提高。

占空比PID控制器

为改善起震荡，提高输出功率的稳定性，需对原本的的扰动观察法控制算法回路增加补偿环节。根据内膜原理，PI控制器能对直流量实现零误差跟踪。又由于BUCK电路输出电压与占空比是正相关。采用占空比PI控制器。依据BUCK电路原理：占空比=输出电压/输入电（D=Vout/Vin），因此将扰动观察算法的输出做PI控制器的期望值，当前输出电压与与输入电压的比值做反馈值。