基于二分法的光伏发电系统最大功率跟踪算法
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进行 最 大功 率跟 踪显 得 尤为 重要【 ” 。
图１ 所示 为 光伏 电池 等效 电路 。
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常 用 的最 大 功率 跟 踪 法有 恒 定 电 压法 、 动 观 扰 察 法 、 导增 量 法 等 ， 些 常规 跟 踪算 法 在 快 速 跟 电 这 踪 最大 功 率点 的过 程 中存 在 精度 低 、 应 性 差 和 跟 适 踪 效率 低 等 弱 点 。 文 中研 究 的最 大 功率 跟 踪 控 制 本 算 法是 基 于二 分 法 思 想 。 采用 变 步 长 算法 来 快 速 跟
变步 长 算 法 快 速 跟 踪 最 大 功 率 点 ， 真 结 果证 明该 方 法 不仅 增 加 了 最 大功 率 点 跟 踪 的精 度 ， 仿 而且 提 高 了跟 踪 的速 度
与 系统 的 稳 定 性 。
关键词 ： 光伏 发 电 ； 大 功 率 跟 踪 ； 分 法 ； 最 二 变步 长 算 法
行性 ，在设 定 光伏 电池 温度 ２ ℃ ，光 照 强 度 ． ５ ｓ ＝
第 ６期
袁 晓玲 ， ： 于二 分 法 的 光 伏 发 电 系 统 最 大 功 率 跟 踪 算 法 等 基
不 坷 Ｍ Ｐ ￣ 法 Ｐ Ｔ［
５ ０
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对 于光 伏 发 电 系统 ， 过 对 电流 、 压采 集 ， 通 电 计
二分 法示 例 圈
算 现 在 时 刻 功 率 斜 率
断
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
与 前 一 时 刻 功 率 斜 率
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摘要 ： 目前 光 伏 电 池 的光 电转 换 率较 低 ， 有 效 利 用 光伏 电 池 ， 为 需要 对 光伏 发 电 系统 进行 最 大 功 率 跟 踪 ， 常规 的
跟 踪 算 法 在 快 速 跟 踪 最 大 功 率 点 的 过 程 中存 在 精 度 低 、 应性 差 和 跟 踪 效 率 低 等 弱 点 ， 文 基 于 二 分 法 思 想 ， 用 适 论 采
假 定 一个 步 长按 照 黑 色箭 头 指示 方 向 流 动 ． 在 黑 色箭 头 ｋ ｌ中 ，表 示 已经 出现 了最 大功 率 点 ． ＋ 故 采 用 二 分 法 ， 黑 色 箭 头 ｋ ２ 进 入 了 △ 调 整 范 到 ＋，
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图 ２ 光 伏 阵 列 封 装模 型
第 ６期
袁 晓玲 ， ： 于 二 分 法 的 光 伏 发 电 系 统 最 大 功 率 跟踪 算 法 等 基
ｖｏｔ ｇｅ ｐ ． ＂ ａａ － ｏｖ ￣
６ １
光 伏 发 电系 统 中 常用 恒 定 电压 法 、 动 观 察 法 扰 等通 过 比较 负载 变 动 前后 输 出功率 的结 果 ， 变 下 改
仿 真 电路 如 图 ８所 示 。
采用二分法， 点 Ｕ＝ １ 取中
示例 如 图 ６所 示 ：
（） Ｕ 七 １ 七 十 （一 ） ］
。
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电
源
学
报
总第 ３ ８期
图 ７ 二 分 法算 法流 程
图 ８ 仿 真 电 路 图
４ 仿 真结果
４１三种算法比较 ．
为 了更好 的展示 二 分法 的优 势 。 验证 算 法 的可
第 ６期 ２１ 年 １ ０１ １月
电
源
学
报
Ｎ ． ｏ６ ＮＯ ． ０ Ｖ２ １ １
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基于二分法 的光伏发 电系统最大功率跟踪算法
袁 晓 玲 李世 军 １ 王 闯 闫 荣超 ， ， ２ ，
（ ． 海 大学能 源与 电 气 学院 ， １河 南京 ２ ０ ９ ；． １ ０ ８ ２ 南京亚 派科技 实业有 限责任 公 司 ， 南京 ２ ０ ０ ） １０ ０
０２
０３
０４
０５
０６
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图 ９ 三 种 算 法 比较
图 １ 不 同 步 长 二分 法 比较 ０
用 爬 山 法在 ０９ 能 达到 系 统 稳 态 ． ．５ｓ 电导 增量 法 与
的快 速性 和稳定 性 。
二 分 法 在 ０６ｓ 能 达 到 系统 稳 态 ： 是 在 采 用 不 ． 都 但 同算 法 下 的平 稳 性 与精 度 就 有所 差 距 ． 山法 功率 爬 曲线 不 平 滑 ， 所 波 动 ； 用 电导 增 量 法 功 率 曲线 有 采
都不 在 ， 采用 原步 长结 合
注： ￡是设 定精 度 。 如 果 式 （ ） 立 ， 明该 点 功 率 位 于 允 许 精 度 ５成 说
ｄＵ
判 断增 减 。
初始 采用 大 步长 △ ， 功率点 在最 大 功率 点周 使 围， 然后 在二 分 区间 内采用 △Ｍ 对 电压进行 粗 调 。 最
精 度 误差 内 ， 继续 判 断 ：
， 刈 ｄ Ｕ （ １ ｄ ｋ ｋ Ｕ （ 一 １ ）
Ｌ ，
如 果 式 （ ） 立 ， 明前 后 两 时 刻 位 于 最 大 功 ７成 说 率 点 同一 侧 ， 而 不 能 确 定 最 大 功 率 点 位 置 ， 要 然 需 继 续 采 用 式 （ ） 断 依 据 ， 断 系 统 对 下 一 步 的操 ６判 判 作 ， 系统 改 变 步 长 ， 该 区段 采 用 △ 步 长 ， ｕ＞ 对 在 Ｚ ｉ
△ 。
如 果 式 （ ） 成 立 ， 明前 后 两 时刻 位 于 最 大 ７不 说 功 率 点 异 侧 ， 大 功 率 点 就 在 该 区间 内 ， 此 区段 最 故
空 比由算法 给 出电压 并进 行调 制输 出 。通过算 法控
制输 出电压 ， 从而 实 现最大 功率 点跟 踪 。
随 着 社 会 的高 速 发 展 ，能 源 和资 源 的需 求 越 来 越 大， 光伏 发 电是 一 种公 认 的 技 术 含 量 高 、 有 发 展 很 前 途 的新 能 源技 术 。 由于太 阳能取 之 不 尽 、 之 不 用 竭 ， 产 生任 何 废 弃 物 ， 有 噪音 等 污染 ， 环 境 不 不 没 对 会 产生 不 良影 响 ， 是理 想 的 清 洁能 源 。但 是 光 伏 电 池 转 换 效 率 低 ．同 时光 伏 电池 输 出 特性 受 日照 强 度 、 度 、 载 等 多种 外 部 环境 因数影 响 ， 有 明显 温 负 具 的 非线 性 。为有 效 利 用光 伏 电池 ， 光伏 发 电系 统 对
图 ７所示
式（） ６ 成立 ， 明该 点 在最 大 功 率 点左 侧 ， 说 需要
增 加 △ ， 之减 小 △ 反 Ｍ。 如 果 式 （ ） 成 立 ， 明现 在 还 没 有 在 允 许 的 ５不 说
３ 仿真模型
光 伏 发 电系统 在 Ｂ Ｏ Ｔ电 路 中实 现 最 大功 率 Ｏ Ｓ 跟 踪 。这 是 因为 Ｂ Ｏ Ｔ电路 输入 电 流连续 ． 电源 Ｏ Ｓ 对 的 电磁 干扰 较 小 ，其 驱 动 电路 相对 简单 的特 点 ． 然 而输 出侧 二 极 管 中的 电流是 脉 动 的 ， 致输 出纹 波 导 较 大 ，故 在 二极 管 与 输 出之 间加 一输 出滤 波 电容 。 开关 器件 ＭＯ Ｆ Ｔ占空 比由 ＭＰ Ｔ子 模 块 控制 ， ＳＥ Ｐ 占
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ７ ２ １－ ６ １ 作 者 简 介 ： 世 军 （９ ７ ， ， 士 研 究 生 ， 要 研 究 方 向 为 光 伏 并 李 １８ 一）男 硕 主
网发 电及其微 电网孤岛检测 。Ｌｓｉ ｎ ７ ６ ｉａ ｏ 。 ｉｈｊ ３ ３ ＠ｓｎ ． ｒ ｕ ｃｎ
袁 晓 玲 （９ １ ，女 ， 博 士 ， 副 教 授 ，硕 士 生 导 师 。 １７ 一）
范 围 内 ， 可 以采用 小 步 长 对 功 率点 进 行修 正 ． 故
再通 过 判断
ｄｆ ｆ
后在 最大 功率 点处 采用 △ 对 电压进行 微调 。由于 Ｍ
采 用 了变 步 长 ， 步 长 与 小 步 长 的 结合 ， 得 系统 大 使
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不仅 满 足 了快 速 性 ， 兼顾 了平稳 性 。算 法 流程 如 还
一
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…
步变 动 方 向 ， 而保 证 电源 的输 出功率 最 大 。控 从
／
…
制 简单 且 容 易 实现 ， 然而 ， 当光 强 快 速变 化 ， 方 法 该 极 易发 生逻 辑误 判从 而 引起 功率 振荡 。电导 增量 法 对逻 辑 电路 进行 了改 进 ． 有效 避免 了光伏 电池 在 最 大 功 率 点 进 行 振 荡 。但 是 电 导 增量 法 采 用 恒 定 步
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会使 得 系统 出现 振荡 ， 降低 系统稳 定 性与 精度 ［ ４ ］ 。为
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了较好 地 解 决 这个 问题 。 文 将 二分 法 的 思想 应 用 本 于光 伏 发 电系统 最 大功率 点 跟踪 。
０３ ０４ ０５ ０６ ０７ ０８ ０９
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１ — 小步长二分法Ｍ Ｐ — ＰＴ
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０１
５ 结语
在 Ｍａ ａ ｔ ｂ中通过 对爬 山法 、 ｌ 电导 增量 法 与二 分
较 平 滑 ， 是纹 波 较 明显 ； 而采 用 二分 法 ， 但 然 功率 曲
线 平 滑稳 定 ， 波 很小嘲 纹 。
法 就 最 大功 率 跟踪 进 行 了比较 与分 析 ． 不 同初 始 对 步长 下 二分 法 最 大功 率 跟踪 进 行 了对 比 ， 真结 果 仿
中图 分 类 号 ： Ｍ６ ９ Ｔ １ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ５ ２ ０ （ ０ １ ０ — ０ ９ ０ ２ ９ — ８ ５ ２ １ ）６ ０ ５ — ６
引 言
能 源是 人 类 社会 存 在 与 发展 的重 要 物质 基 础 ，
光伏 电池 的输 出功率特性
１１ 光 伏 电弛 模 型 ．
２ ０Ｗ／ 。 ０ ｍ 下对 爬 山法 、 电导增量 法 与二 分 法最 大功
率跟 踪进 行 了 比较 。其他 所有 条 件 相 同情 况下 ， 通
过 对 Ｍａ ａ 建 的 光伏 电池 Ｐ 模 型 进 行 仿 真 实 ｉ ｆｂ搭 Ｖ
验 ， 算法 跟踪 性 能进行分 析 与 比较 。如图 ９所示 。 对 从 图 ９可 以 知 ， 以上 的条 件 下 ， 在 光伏 电 池 采
下
图 １ 光 伏 电池 等 效 电路
踪 光 伏发 电系统 最大 功率 点 。仿 真结 果表 明该 算 法 不 仅可 以很好 地 跟 踪 最大 功 率 点 。 且 提高 了跟 踪 而 速度 与 系统稳 定 性 。
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图１ 所示 为 光伏 电池 等效 电路 。
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常 用 的最 大 功率 跟 踪 法有 恒 定 电 压法 、 动 观 扰 察 法 、 导增 量 法 等 ， 些 常规 跟 踪算 法 在 快 速 跟 电 这 踪 最大 功 率点 的过 程 中存 在 精度 低 、 应 性 差 和 跟 适 踪 效率 低 等 弱 点 。 文 中研 究 的最 大 功率 跟 踪 控 制 本 算 法是 基 于二 分 法 思 想 。 采用 变 步 长 算法 来 快 速 跟
变步 长 算 法 快 速 跟 踪 最 大 功 率 点 ， 真 结 果证 明该 方 法 不仅 增 加 了 最 大功 率 点 跟 踪 的精 度 ， 仿 而且 提 高 了跟 踪 的速 度
与 系统 的 稳 定 性 。
关键词 ： 光伏 发 电 ； 大 功 率 跟 踪 ； 分 法 ； 最 二 变步 长 算 法
行性 ，在设 定 光伏 电池 温度 ２ ℃ ，光 照 强 度 ． ５ ｓ ＝
第 ６期
袁 晓玲 ， ： 于二 分 法 的 光 伏 发 电 系 统 最 大 功 率 跟 踪 算 法 等 基
不 坷 Ｍ Ｐ ￣ 法 Ｐ Ｔ［
５ ０
６ ３
５ ０
４５
不 同 步 长 下二 分 法 Ｍ ｐ 情 况 ｐＴ
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Ｉ
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１ ５
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ｖ ｌ ｇ／ ｏ ａ ｅＶ ｔ
２２ 二分 法 在 ＭＰ Ｔ中的应 用 ． Ｐ
对 于光 伏 发 电 系统 ， 过 对 电流 、 压采 集 ， 通 电 计
二分 法示 例 圈
算 现 在 时 刻 功 率 斜 率
断
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
与 前 一 时 刻 功 率 斜 率
ｆ ｕ ／ ， ｌ － ｇ
摘要 ： 目前 光 伏 电 池 的光 电转 换 率较 低 ， 有 效 利 用 光伏 电 池 ， 为 需要 对 光伏 发 电 系统 进行 最 大 功 率 跟 踪 ， 常规 的
跟 踪 算 法 在 快 速 跟 踪 最 大 功 率 点 的 过 程 中存 在 精 度 低 、 应性 差 和 跟 踪 效 率 低 等 弱 点 ， 文 基 于 二 分 法 思 想 ， 用 适 论 采
假 定 一个 步 长按 照 黑 色箭 头 指示 方 向 流 动 ． 在 黑 色箭 头 ｋ ｌ中 ，表 示 已经 出现 了最 大功 率 点 ． ＋ 故 采 用 二 分 法 ， 黑 色 箭 头 ｋ ２ 进 入 了 △ 调 整 范 到 ＋，
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ｙ ａ ｘ９ ＠ｈ ｔ ｉ．ｏ 。 ｕ ｎ １ ７ ｏｍａｌ ｍ ｃ
图 ２ 光 伏 阵 列 封 装模 型
第 ６期
袁 晓玲 ， ： 于 二 分 法 的 光 伏 发 电 系 统 最 大 功 率 跟踪 算 法 等 基
ｖｏｔ ｇｅ ｐ ． ＂ ａａ － ｏｖ ￣
６ １
光 伏 发 电系 统 中 常用 恒 定 电压 法 、 动 观 察 法 扰 等通 过 比较 负载 变 动 前后 输 出功率 的结 果 ， 变 下 改
仿 真 电路 如 图 ８所 示 。
采用二分法， 点 Ｕ＝ １ 取中
示例 如 图 ６所 示 ：
（） Ｕ 七 １ 七 十 （一 ） ］
。
６ ２
电
源
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总第 ３ ８期
图 ７ 二 分 法算 法流 程
图 ８ 仿 真 电 路 图
４ 仿 真结果
４１三种算法比较 ．
为 了更好 的展示 二 分法 的优 势 。 验证 算 法 的可
第 ６期 ２１ 年 １ ０１ １月
电
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基于二分法 的光伏发 电系统最大功率跟踪算法
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（ ． 海 大学能 源与 电 气 学院 ， １河 南京 ２ ０ ９ ；． １ ０ ８ ２ 南京亚 派科技 实业有 限责任 公 司 ， 南京 ２ ０ ０ ） １０ ０
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时间ｔ ｌ ｓ
时间 ， ｓ
图 ９ 三 种 算 法 比较
图 １ 不 同 步 长 二分 法 比较 ０
用 爬 山 法在 ０９ 能 达到 系 统 稳 态 ． ．５ｓ 电导 增量 法 与
的快 速性 和稳定 性 。
二 分 法 在 ０６ｓ 能 达 到 系统 稳 态 ： 是 在 采 用 不 ． 都 但 同算 法 下 的平 稳 性 与精 度 就 有所 差 距 ． 山法 功率 爬 曲线 不 平 滑 ， 所 波 动 ； 用 电导 增 量 法 功 率 曲线 有 采
都不 在 ， 采用 原步 长结 合
注： ￡是设 定精 度 。 如 果 式 （ ） 立 ， 明该 点 功 率 位 于 允 许 精 度 ５成 说
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判 断增 减 。
初始 采用 大 步长 △ ， 功率点 在最 大 功率 点周 使 围， 然后 在二 分 区间 内采用 △Ｍ 对 电压进行 粗 调 。 最
精 度 误差 内 ， 继续 判 断 ：
， 刈 ｄ Ｕ （ １ ｄ ｋ ｋ Ｕ （ 一 １ ）
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如 果 式 （ ） 立 ， 明前 后 两 时 刻 位 于 最 大 功 ７成 说 率 点 同一 侧 ， 而 不 能 确 定 最 大 功 率 点 位 置 ， 要 然 需 继 续 采 用 式 （ ） 断 依 据 ， 断 系 统 对 下 一 步 的操 ６判 判 作 ， 系统 改 变 步 长 ， 该 区段 采 用 △ 步 长 ， ｕ＞ 对 在 Ｚ ｉ
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如 果 式 （ ） 成 立 ， 明前 后 两 时刻 位 于 最 大 ７不 说 功 率 点 异 侧 ， 大 功 率 点 就 在 该 区间 内 ， 此 区段 最 故
空 比由算法 给 出电压 并进 行调 制输 出 。通过算 法控
制输 出电压 ， 从而 实 现最大 功率 点跟 踪 。
随 着 社 会 的高 速 发 展 ，能 源 和资 源 的需 求 越 来 越 大， 光伏 发 电是 一 种公 认 的 技 术 含 量 高 、 有 发 展 很 前 途 的新 能 源技 术 。 由于太 阳能取 之 不 尽 、 之 不 用 竭 ， 产 生任 何 废 弃 物 ， 有 噪音 等 污染 ， 环 境 不 不 没 对 会 产生 不 良影 响 ， 是理 想 的 清 洁能 源 。但 是 光 伏 电 池 转 换 效 率 低 ．同 时光 伏 电池 输 出 特性 受 日照 强 度 、 度 、 载 等 多种 外 部 环境 因数影 响 ， 有 明显 温 负 具 的 非线 性 。为有 效 利 用光 伏 电池 ， 光伏 发 电系 统 对
图 ７所示
式（） ６ 成立 ， 明该 点 在最 大 功 率 点左 侧 ， 说 需要
增 加 △ ， 之减 小 △ 反 Ｍ。 如 果 式 （ ） 成 立 ， 明现 在 还 没 有 在 允 许 的 ５不 说
３ 仿真模型
光 伏 发 电系统 在 Ｂ Ｏ Ｔ电 路 中实 现 最 大功 率 Ｏ Ｓ 跟 踪 。这 是 因为 Ｂ Ｏ Ｔ电路 输入 电 流连续 ． 电源 Ｏ Ｓ 对 的 电磁 干扰 较 小 ，其 驱 动 电路 相对 简单 的特 点 ． 然 而输 出侧 二 极 管 中的 电流是 脉 动 的 ， 致输 出纹 波 导 较 大 ，故 在 二极 管 与 输 出之 间加 一输 出滤 波 电容 。 开关 器件 ＭＯ Ｆ Ｔ占空 比由 ＭＰ Ｔ子 模 块 控制 ， ＳＥ Ｐ 占
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ７ ２ １－ ６ １ 作 者 简 介 ： 世 军 （９ ７ ， ， 士 研 究 生 ， 要 研 究 方 向 为 光 伏 并 李 １８ 一）男 硕 主
网发 电及其微 电网孤岛检测 。Ｌｓｉ ｎ ７ ６ ｉａ ｏ 。 ｉｈｊ ３ ３ ＠ｓｎ ． ｒ ｕ ｃｎ
袁 晓 玲 （９ １ ，女 ， 博 士 ， 副 教 授 ，硕 士 生 导 师 。 １７ 一）
范 围 内 ， 可 以采用 小 步 长 对 功 率点 进 行修 正 ． 故
再通 过 判断
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后在 最大 功率 点处 采用 △ 对 电压进行 微调 。由于 Ｍ
采 用 了变 步 长 ， 步 长 与 小 步 长 的 结合 ， 得 系统 大 使
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不仅 满 足 了快 速 性 ， 兼顾 了平稳 性 。算 法 流程 如 还
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步变 动 方 向 ， 而保 证 电源 的输 出功率 最 大 。控 从
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制 简单 且 容 易 实现 ， 然而 ， 当光 强 快 速变 化 ， 方 法 该 极 易发 生逻 辑误 判从 而 引起 功率 振荡 。电导 增量 法 对逻 辑 电路 进行 了改 进 ． 有效 避免 了光伏 电池 在 最 大 功 率 点 进 行 振 荡 。但 是 电 导 增量 法 采 用 恒 定 步
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长 ．如果 采 用 大步 长 对 最大 功 率 跟踪 点 跟 踪算 法 ．
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，
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了较好 地 解 决 这个 问题 。 文 将 二分 法 的 思想 应 用 本 于光 伏 发 电系统 最 大功率 点 跟踪 。
０３ ０４ ０５ ０６ ０７ ０８ ０９
１ Ｏ ５
，
１ — 小步长二分法Ｍ Ｐ — ＰＴ
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大步长二分法Ｍ Ｐ ＰＴ
０７ ０８ ０９ １
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５ 结语
在 Ｍａ ａ ｔ ｂ中通过 对爬 山法 、 ｌ 电导 增量 法 与二 分
较 平 滑 ， 是纹 波 较 明显 ； 而采 用 二分 法 ， 但 然 功率 曲
线 平 滑稳 定 ， 波 很小嘲 纹 。
法 就 最 大功 率 跟踪 进 行 了比较 与分 析 ． 不 同初 始 对 步长 下 二分 法 最 大功 率 跟踪 进 行 了对 比 ， 真结 果 仿
中图 分 类 号 ： Ｍ６ ９ Ｔ １ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ５ ２ ０ （ ０ １ ０ — ０ ９ ０ ２ ９ — ８ ５ ２ １ ）６ ０ ５ — ６
引 言
能 源是 人 类 社会 存 在 与 发展 的重 要 物质 基 础 ，
光伏 电池 的输 出功率特性
１１ 光 伏 电弛 模 型 ．
２ ０Ｗ／ 。 ０ ｍ 下对 爬 山法 、 电导增量 法 与二 分 法最 大功
率跟 踪进 行 了 比较 。其他 所有 条 件 相 同情 况下 ， 通
过 对 Ｍａ ａ 建 的 光伏 电池 Ｐ 模 型 进 行 仿 真 实 ｉ ｆｂ搭 Ｖ
验 ， 算法 跟踪 性 能进行分 析 与 比较 。如图 ９所示 。 对 从 图 ９可 以 知 ， 以上 的条 件 下 ， 在 光伏 电 池 采
下
图 １ 光 伏 电池 等 效 电路
踪 光 伏发 电系统 最大 功率 点 。仿 真结 果表 明该 算 法 不 仅可 以很好 地 跟 踪 最大 功 率 点 。 且 提高 了跟 踪 而 速度 与 系统稳 定 性 。
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