【关键词】太阳能最大功率点 跟踪 仿真算法 优化
21世纪以来，环境问题已经成为我们必须面对的问题，能源稀缺也成为新世纪的人类的一大危机，可再生能源受到了越来越多学者的关注。太阳能光伏技术为人类生活提供了很大的方便。但现有的太阳能电池板的转换效率普遍不高。目前常用的寻找太阳能光伏系统最大功率点的方法有很多，如较为简单的扰动观察法，只需测量较少的几个参数，实施起来较为方便，但此种方法只能围绕在最大功率点附近，使得一部分功率损失，且扰动观察法只适用于一定的步长范围；增量电导方也是较为常用的一种控制算法，此种方法的稳定度较为高，可达到较好的控制效果，但增量电导法对控制系统提出了较高的要求，控制算法过程较为负责，系统的成本较高。这些方法虽各有特点，但在很多方面也存在着一定的不足。本文基于Simulink技术构建出最大功率点的追踪系统，在系统中以最大功率追踪计算方法，并以此为依据建立太阳能最大功率追踪模型。
1 算法原理与改进
1.1 纹波控制技术
开关过程中的升压电路、降压电路和反相开关稳压电路产生的纹波信息得以使用是纹波控制技术的主要内容，对选定的能量进行控制，使其最优化，此时的能量函数是系统状态变量的函数。将能量函数设为J，系统状态变量设定为Z，并将太能能板的输出功率作为J，根据太阳能板的单峰功率曲线可知整个系统只有一个最大功率点值。在满足了系统的稳定性要求下，在能量函数J位于极值点处，则有：
在能量转换电路中，输入为u，则u为转换电路DC-DC的占空比，得到z的稳定值为：
在能量转换电路中，输入为u，则u为转换电路DC-DC的占空比，得到z的稳定值。由上述公式可知，K的符号决定了控制系统的收敛值位于最大值还是最小值，K的大小决定了收敛速度，但公式中的微分形式在一般情况下无法获得。在不改变系统中平衡点的情况下，将公式中积分项和一个正项相乘，则有：
为了确保在实际电路中的可获得性，此处的控制规律仅在与时间有关的微分项中适用，且此处的需要不为0。因此位于DC-DC变换器中，若要电路中电流和电压相对于时间的微分均不等于0，需要将占空比额设定于0到1之间且不等于0或1，保证开关不断的运动且遇到周期大于0。
纹波控制技术的适用范围一般为模拟电路，通常在单片机的编程中，对高频率进行采样，可达到控制规则的离散化。光伏太阳能板的输出功率为能量函数，系统的输出电压为状态变量，其中的状态变量属于分段线性，它在0至T之间内有：
公式中T代表开关周期s；D代表占空比；代表的是电压的变化率，V/s；结合带入公式中后，控制量u的一个周期变化值可获得：
根据系统的周期性，则会得到在离散化状态下的控制规律，这个规则是通过测试能量函数发生变化的符号来调控的，此时又可以得到离散化后的控制规律式如下：
由式子可以得知，控制信号在DT 时刻和起始时刻发生切换，若要系统处于稳定状态，则DT 时刻和起始时刻的输出功率在周期中要相同。时刻对电压得极值点进行功率采样，这样就可以判断系统达到了最大功率点或者没有达到。在这个控制策略中，能够使系统获得最大功率点所必须的信息可在状态变量处于最大值时和处于最小值时采样，必须在一个周期中的两次采样值中获得。变量位于系统的平衡点时，可以以两倍的开关频率来经过最大功率点。
2 构建仿真模型及仿真结果的分析
2.1 构建仿真模型
本文以离散时间波纹控制为基础，采集电路中固定的电压以及和电流相关纹波信息，提出最大功率计算法，可构建 Simulink 的仿真模型，如图1。
要想真正运用仿真平台，就要验证跟踪计算方法进行仿真的可行性，在基于离散时间纹波操控的基础上，对追踪效果进行观察分析。
2.2 仿真结果的分析
对MPPT的系统进行采样，可得出最大功率点的左侧及右侧时的波形图，如图2所示。
在图中，Ppanel=IpanelUpanel，输出电压小于最大功率点时，最大功率点在系统的工作点的右侧，此时功率波纹与电压波纹相同，更新占空比后，系统工作点靠近最大功率点，反之也是相同的结果。
当改变环境参数光照强度时，得到的太阳能系统的最大功率追踪曲线如图3。
由图可看出在光照强度改变时，太阳能电池板的光电流大小也随之告白，最大功率点的电流随着光照强度的减弱而下降，但电压变化不大。
本文基于Simulink技术构建出最大功率点的追踪系统，在系统中以最大功率追踪计算方法，并以此为依据建立建立了最大功率跟踪系统的仿真模块，在此平台上实现了本文提出的最大功率跟踪算法。为检测其计算方法的实际奏效性，将系统在额定仿真的环境中进行严谨的测试，实验结果表明了在不同的环境参数下，跟踪算法仍然能快速准确的追踪到最新的最大功率点，追踪精确度较高，由此可证明，本文对追踪太阳能系统的最大功率点的计算方法有效可行。
参考文献