【SCI仿真】一种改进的适应性步长P&O MPPT方法，用于带有电池站的独立光伏系统附Simulink仿真

原创于 2025-09-21 07:26:18 发布 · 881 阅读

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🔥 内容介绍

针对传统固定步长扰动观察法（P&O）在独立光伏系统中存在的 “动态跟踪慢 - 稳态震荡大” 矛盾，以及电池站荷电状态（SOC）对 MPPT 控制的约束问题，提出一种融合功率变化率与电池 SOC 反馈的适应性步长 P&O 方法。在 MATLAB/Simulink 平台构建含 Boost 变换器、铅酸电池站及阻性负载的独立光伏系统仿真模型，通过静态标准测试条件（STC）、动态光照突变、多 SOC 状态三种场景，对比改进方法与传统固定步长 P&O 的跟踪性能。结果表明：改进方法在 STC 下 MPPT 效率达 99.6%，较传统方法提升 2.1 个百分点；光照阶跃变化时跟踪时间缩短 42%，稳态功率震荡幅度降低 65%；高 SOC（>90%）工况下可通过步长自适应与恒压控制协同，避免电池过充，电压波动范围控制在 ±0.8% 以内。该方法为带储能的独立光伏系统提供了高效、稳定的 MPPT 解决方案。

关键词：独立光伏系统；最大功率点跟踪；扰动观察法；适应性步长；电池站；MATLAB/Simulink 仿真

1 引言

独立光伏系统因无需电网支撑，在偏远地区供电、应急电源等场景中具有不可替代的优势，而电池站的引入可缓解光伏输出的间歇性，保障负载供电连续性 [1]。MPPT 作为系统核心控制模块，其性能直接决定能源利用效率，其中 P&O 方法因结构简单、无需光伏阵列精确模型，成为工程中应用最广泛的方案 [2]。

传统 P&O 采用固定步长调整光伏输出电压：步长过大会导致接近最大功率点（MPP）时产生显著功率震荡，步长过小则延长动态光照下的跟踪时间 [3]。更关键的是，带电池站的系统中，电池 SOC 状态会反向约束 MPPT 策略 —— 当 SOC 过高（如 > 95%）时，若仍维持原有步长跟踪 MPP，易导致电池过充；当 SOC 过低（如 < 20%）时，需加快功率输出以避免负载断电，而传统 P&O 无法适配该动态约束 [4]。

针对上述问题，国内外学者提出了多种改进方向：文献 [5] 基于电压偏差设计分段步长，但其未考虑功率变化率的动态特性；文献 [6] 引入模糊逻辑调整步长，但增加了控制复杂度，不利于嵌入式实现；文献 [7] 虽结合了电池 SOC，但仅采用开关式控制（MPPT 模式 / 恒压模式切换），未实现步长的连续自适应。

本文提出一种改进适应性步长 P&O 方法：①以光伏输出功率变化率（ΔP/Δt）为核心变量，设计连续步长调整公式，实现 “动态大步长加速收敛 - 稳态小步长抑制震荡”；②引入电池 SOC 反馈系数，将 SOC 状态量化为步长修正项，实现 MPPT 与电池保护的协同；③在 MATLAB/Simulink 中构建含电池站的独立光伏系统仿真模型，通过多场景测试验证方法的有效性，为后续硬件实验提供理论支撑。