学术简报｜可在恒压和最大功率点跟踪模式上工作的户用离网型太阳能控制器
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随着社会经济的发展，能源危机与生态环境问题日趋严重，大力发展可再生能源已经成为当今世界的必然趋势。太阳能作为取之不尽、清洁干净的资源，已成为世界各国研究开发的热点。光伏发电具有技术成熟、产业化程度高的特点，受到世界各国的高度关注和重视。
光伏发电系统主要分为并网光伏发电系统和离网光伏发电系统，而离网光伏发电系统分为户用型和非户用型。户用离网型光伏发电系统非常适合为我国西藏等偏远地区居民提供日常所需用电。随着户用离网型光伏发电技术的发展，太阳能控制器得到广泛应用。
太阳能控制器是光伏供电系统的核心控制部分，为提高光伏系统的整体发电效率，就需要进行最大功率点跟踪（MPPT）。在太阳辐照度发生剧烈变化时，传统电导增量法具有较好的跟踪速度，但在稳态时输出功率波动较大，不利于稳定供电；数字PID控制法在太阳辐照度变化不大的情况下，具有较好的跟踪精度，但在太阳辐照度发生剧烈变化时，跟踪响应速度较慢，在跟踪最大功率点的过程中，造成较大的功率损失。
因此，需要提出能够结合前两种控制法的优点、具有较快的跟踪速度和较高的稳态跟踪精度，并且能够适应复杂多变工作环境的MPPT控制算法。
针对以上问题，四川大学电气信息学院的研究人员陈浩、张代润，设计了工作在恒压模式和最大功率点跟踪模式的户用离网型太阳能控制器。他们在传统电导增量法的基础上，提出了一种改进的最大功率点跟踪控制算法，并设计了基于Buck电路的变结构滑模控制器。
图1 系统结构图
通过仿真验证，该太阳能控制器在太阳辐照度发生剧烈变化时仍能快速、准确地跟踪最大功率点，解决了传统电导增量法的振荡问题以及PID控制算法跟踪速度慢的问题。
图9 改进的MPPT算法流程图
研究结果指出，当太阳能控制器工作在恒压模式时，采用变结构滑模控制策略，无论太阳辐照度发生变化还是负载发生变化，太阳能控制器的输出电压都能稳定地保持在42V，系统具有良好的鲁棒性，从而能够很好地保护蓄电池，延长其使用寿命。
目前，该成果已经发表在2019年第9期《电气技术》杂志上，论文标题为“基于恒压/最大功率点跟踪的户用离网型太阳能控制器仿真研究”。