3．1．3 电导增量法
电导增量法是目前MPPT最常用算法之一，它是根据光伏电池阵列P －U曲线为一条一阶连续可导的单峰曲线（如图1），利用一阶导数求极值的方法，对P ＝UI求全导数，得
两边同时除以dU，得
以上即为电导增量法光伏电池达到最大功率输出点所需满足的条件。这种算法的控制过程如下：
如果当前的光伏电池阵列的工作点位于最大功率点的左侧时，此时有：
这说明参考电压应该向着增大的方向变化；
同理，如果当前的光伏电池阵列的工作点位于最大功率点的右侧时，此时有：
这说明参考电压应该向着减小的方向变化；
如果当前光伏阵列的工作点位于最大功率点处或附近，此时将有：
此时参考电压将保持不变，也就是光伏阵列工作在最大功率点上。
在理论上电导增量法法比干扰观察法要好，因为它在下一时刻的变化方向完全取决于在该时刻的电导G＝I／U的变化率和瞬时负电导值的大小关系，而与前一时刻的工作点电压以及功率的大小无关，因而此法能够适应快速变化的日照强度，而且跟踪精度较高。
图6 电导增量法流程图
MPPT算法需要比较多的硬件传感器或者说是电压和电流传感器，传感器越多，成本越高，所以目前较多用的还是扰动观测法。
3．2 多峰值MPPT算法
普通的最大功率跟踪算法，如扰动观测发和电导增量法在一片云彩的遮挡下就有可能失效，不能实现真正意义的最大功率跟踪。目前，国际上也有人提出了多峰值的MPPT算法。
3．2．1 结合常规算法的复合MPPT算法
结合常规算法的复合 MPPT 算法工作原理，首先把光伏阵列的工作点设定在最大功率点的附近，再利用普通的算法进行精确定位也就是分两级控制在工作电压和电流的最佳比值点上光伏阵列输出最大功率。光伏阵列的工作最大功率点与开路电压和短路电流具有一定的比例关系。系统经过第一步控制后，得到一个参考值。在第一步控制期间，保存系统实最大功率点的数据。后级采用扰动观察法实现最终定位，但前面得到的最大功率点有可能落到局部极值点的范围。此时比较第一步控制保存数据的大小，确定该功率点是否为全局的最大功率点。该方法易于实现和搜索速度很快，但也有存在缺点如在搜索局部峰值点时，在峰值点处会有震荡；控制参数设置没有可靠的理论基础。
3．2．2 Fibonacci法
Fibonacci 搜索法基于斐波那契序列原理。斐波那契数列，又称黄金分割数列，在数学上，斐波那契数列以如下被以递归的方法定义即前两相和等于第三项的值，在现代天体物理、晶体结构、电子学等应用领域，斐波那契数列都有直接的应用。
3．2．3 短路电流脉冲法
短路电路脉冲法的基本原理是在光伏阵列输出最大功率时，其输出电流和短路电流 的具有固定的比例关系受光照强度影响的短路电流，变化的系数 k，其随环境条件变化而变化。每隔一段时间引入一个周期的短路电流脉冲， 加在功率管 MOSFET 的栅极的斜坡信号持续时间长短，这样就可以确定短路电流。在此期间，扫描光伏阵列的 P－I 特性曲线，最大功率点将被检测出来，同时采样记录相对应的电流。扫描一个周期结束后，功率开关管 MOSFET 彻底导通，采样短路电流，然后可以得到的比例系数的 K 值。该方法实现容易，工程实用性比较好，但为了获取 P－I 曲线和 短路电流，要引入期性短路电路脉冲，这不利于系统的控制而且对后级控制而言相当于引入一种电流冲击扰动。
4．DC／DC电路
DC／DC电路是一个非常有用的电路，他可以随意的调节电路的电压和电流。也叫直流斩波器。它能将一种幅值的直流电压变换成另一幅值固定或大小可调的直流电压。它的基本原理是通过对IGBT／MOS管的通断控制，将直流电压断续地加到负载上，通过改变占空比D来改变输出电压的平均值。由下图可见，MPPT算法就是通过电压的调节，来找到最大功率点的。
图7 mppt追踪
4．1 典型DC／DC变换电路
DC／DC变换器可以分为很多种，按照调制形式可分为脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）、混合调制。按照变换电路的功能可分为降压式直流－直流变换（Buck Converter）、升压式直流－直流变换器（Boost Converter）、升压－降压复合型直流－直流变换器（Boost－Buck Converter）、库克直流－直流变换（Cuk Converter）、全桥式直流－直流变换（Full Bridge Converter）。
在MPPT中，一般使用boost升压式直流－直流变换器。
目前三电平组串式逆变器，启动电压一般只要180－200V，而200v左右的直流电压是无法逆变器出380v交流电压的，所以三电平的组串逆变器，都会有一个DC／DC环节进行升压。而目前传统的500KW逆变器则没有这个升压环节。
每一台500Kw集中式逆变器会并联112－128串电池组串，每个组串会由18－20块电池组件串联。由于组件之间的个体差异造成组串之间的电压和电流的差异，又因为并联的组串数量过多，这就造成了不同大小电压的耦合，降低了整个光伏阵列的效率。组串式逆变器有2－3个MPPT，这样可以把由于遮挡或者组件个差异造成的电压差异解耦（图8）。这样就做到了被遮挡组件和正常工作组件的互不影响，功率得到充分的利用。
图8 组串逆变器拓扑图
4．2 升压式变换器（Boost）
升压变换器是输出电压Vo高于输入电压Vin的单管不隔离直流变换器，所用电力电子器件及元件和Buck变换器的相同，仅电路拓扑结构不同，如图9所示。
在输入侧，一般称为升压电感。开关管Q仍为PWM控制方式，但它的最大占空比D必须限制，不允许在D＝1情况下工作。
图9 升压式DC／DC变换电路原理图
图10 升压式DC／DC变换电路开关管导通（a）、关断（b）时等效原理图
从上图可以看出，在开关管导通时，电源给储能电感充电，上电流逐渐增大，当开关管截止时电感放电，上电流逐渐减小。电容起滤波作用，使负载上的电压波纹减小。下图3．10显示了电感上电流的变换波形和电压波形。
图11 升压式DC／DC变换电路的输出波形
5．展望
目前业内已经认识到了逆变器多MPPT通道的重要性，多MPPT的组串逆变器，集散式逆变器。已经被广泛的认可。这就要求更加精确的MPPT算法得以推广。对于这种情况有很多业内人事提出逆变器应该使用多峰值 MPPT 算法，例如短路电流脉冲法等等。
Fibonacci、基于状态空间的 MPPT 算法以及基于电压扫描和电导增量法多峰 MPPT算法。这些算法都能实现最大功率跟踪，但是也各有有缺点。短路电流脉冲法的优点是易于实现，缺点是需引入周期性短路电流脉冲，因而会对系统的控制性能产生一定的影响；Fibonacci 算法的优点是精度高，适应环境突变的能力较强，缺点是搜索速度较慢；基于状态空间的 MPPT 算法的优点是鲁棒性好，阴影条件下仍具有较好的跟踪性能，其缺点是算法过于复杂；基于电压扫描和电导增量法多峰 MPPT 算法具有搜索速度快的优点，缺点是鲁棒性差。在未来最大功率点跟踪技术将朝着效率高、算法简单、响应速度快、鲁棒性好等的方向发展。
作者：张喆
