MPPT开发笔记-常用算法详解

在对MPPT的工作原理有了一定了解之后，本章针对MPPT的常见算法进行归纳总结。

1. MPPT常见算法

常见的几种方法：扰动观察法（爬山法）、恒定电压法、电导增量法。

不过这些算法已经不是什么秘密，AI写起来也跟呼吸一样简单，奈何它简单好用，已然成为经典。可惜的是AI还是不懂调参的艺术🤣。

2. 恒定电压法（CV法）

恒定电压法（Constant Voltage，简称CV法）是MPPT控制中最简单、最基础的一种算法。其核心思想是：通过控制光伏阵列的输出电压，使其稳定在最大功率点对应的电压值附近。

核心公式：

其中

• \(V_{ref}\)：目标工作电压
• \(k\)：经验系数，通常取 0.71~0.85
• \(U_{oc}\)：光伏面板的开路电压

2.1. 原理与流程图

在MPPT开发笔记-理论基础 2.1. 辐照度对I-V，P-V曲线的影响章节中描述了”I-V”和”P-V”曲线，从”P-V”曲线中可以看出：当温度条件一定时，最大功率点几乎分布于一条垂直直线的两侧，最大功率点与开路电压Uoc的比值保持相对稳定。因此，若能将太阳能电池输出电压控制在其最大功率点时的电压处，这时太阳能电池将工作在最大功率点¹。这里这条垂直线，往往就是开路电压的0.71~0.85之间（经验系数）。

flowchart TD
    A[开始] --> C[计算 Vref = k × Uoc]
    C --> D[采样当前输出电压 Vpv]
    D --> E{比较 Vpv 与 Vref}

    E -->|Vpv > Vref| F[减小占空比<br>降低电压]
    E -->|Vpv < Vref| G[增大占空比<br>升高电压]
    E -->|Vpv = Vref| H[保持当前占空比]

    F --> I[返回]
    G --> I
    H --> I
    I --> C

2.2. 优缺点

优点：

• 控制简单
• 系统不会出现因控制电压给定剧烈变化而引起振荡，具有良好的稳定性。

缺点：

• 控制精度差，系统最大功率的跟踪的精度取决于给定电压值选择；
• 控制的适应性差，当太阳能电池板温度发生改变时Vmpp/Uoc比值会漂移，系统难以进行准确的最大功率点跟踪。导致精度损失较大。

2.3. 改进策略

1. 引入温度补偿，可以根据硬件特性，线性补偿，让k值随温度变化。或者直接补在Vref上。
2. 检测Uoc，断开负载或定时测量，即让开关管停止工作一段时间，强制将PWM占空比设为0%，然后更新Uoc。

2.4. 代码

2.5. 仿真验证

3. 扰动观察法（P&O法）

扰动观察法（Perturb & Observe，简称P&O），俗称爬山法，其核心思想：简单来说就是通过周期性地改变光伏组件的工作电压（施加扰动），观察输出功率的变化方向（本次与上次功率差值），从而决定下一步扰动的方向，实现MPPT功能。

就是功率增加了，意味值靠近最大功率点。反之，已经越过最大功率点。

3.1. 基本决策真值表

3.2. 流程图

flowchart TD
    A[开始] --> B[采样 Vk, Ik]
    B --> C[计算 Pk = Vk × Ik]
    C --> D[计算 ΔP = Pk - P#40;k-1#41;]
    D --> E{ΔP > 0 ?}

    E -->|是| F{ΔV > 0 ?}
    E -->|否| G{ΔV > 0 ?}

    F -->|是| H[继续增加电压<br>Vref += step]
    F -->|否| I[继续减小电压<br>Vref -= step]

    G -->|是| J[改为减小电压<br>Vref -= step]
    G -->|否| K[改为增加电压<br>Vref += step]

    H --> L[更新 V#40;k-1#41;=Vk<br>P#40;k-1#41;=Pk]
    I --> L
    J --> L
    K --> L

    L --> M[等待下一控制周期]
    M --> B

3.3. 优缺点

优点：

• 控制简单；
• 追踪效率高（可以达到97%）；
• 适应性能强，不受温度、光辐射强度等因素影响。

缺点：

• 稳态会小幅震荡，造成功率损失；
• 步长矛盾，大步长跟踪快震荡大，小步长震荡小，但跟踪慢；
• 光照突变，会被误判为扰动结果，从而误判扰动结果，导致工作方向错误。

3.4. 改进策略

1. 引入死区，降低稳态的震荡；
2. 增加功率变化量阈值判断（区分扰动与光照变化），当环境或遮挡时，可以暂时不变化；
3. 启动慢，引入恒压法快速逼近，再切换扰动观察法精细跟踪（两步法）；
4. 或者设计变步长，策略根据功率曲线斜率调整步长（变步长扰动观察法）。

4. 两步法（CV + P&O）

启动 → 恒压法快速逼近MPP → 切换到P&O精细跟踪

这种方式结合了：恒压法的快速启动优势与P&O的精确跟踪优势

改变占空比 → 改变变换器的输入阻抗 → 改变光伏板感受到的负载 → 改变光伏板的工作电压和电流

5. 电导增量法

常见问题

相关文档

参考资料