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摘要
太阳能是一种非常环保的可再生能源，而光伏发电是一种利用光伏效应将太阳能转化为电能的技术。光伏逆变器的最大功率点跟踪（MPPT）是提高光伏发电效率的关键技术之一。本篇论文主要研究了滞环控制的变步长MPPT算法。通过实验验证，该算法能够在一定范围内实现较高的跟踪效率，并且能够有效应对环境变化对光伏发电的影响。
关键词：太阳能，光伏发电，MPPT，滞环控制，变步长
引言
随着太阳能技术的不断进步，光伏发电的应用越来越广泛。虽然光伏发电的效率相对比较低，但是它具有成本低、环保等优点，越来越受到关注。然而，由于光伏发电的输出功率随着光照强度、温度等环境因素的改变而发生变化，因此需要通过最大功率点跟踪技术来提高光伏发电效率。
目前，常用的MPPT算法包括Perturb and Observe (P&O)、Incremental Conductance (IncCond)、Fractional Open Circuit Voltage (FOCV)等。这些算法都有其局限性，比如在光伏电池变化比较大或环境条件变化比较复杂时，这些算法的跟踪效果可能会下降。
近年来，人们提出了一些新的MPPT算法，其中滞环控制的变步长算法是一种比较有前途的算法之一。该算法通过引入滞环控制和自适应调整的步长策略，能够在光伏电池变化较大的情况下依旧保持较高的效率。
本篇论文主要就滞环控制的变步长MPPT算法进行了实验研究，通过对比分析该算法与常规算法的跟踪效果，并结合实验数据进行了深入探讨。
算法原理
滞环控制的变步长MPPT算法主要分为三个部分：滞环控制模块、步长控制模块和MPPT控制模块。其具体原理如下：
滞环控制模块：滞环控制是指在输出电压或电流到达最大功率点（MPP）附近时，将其控制在一个很小的范围内波动。因为在MPP左右的电压或电流较小的波动能够被传递到输出端，进而对输出功率造成波动。通过控制电压或电流在很小范围内波动，可以有效消除这种影响，从而提高光伏发电效率。
步长控制模块：为了提高MPPT算法的响应速度和稳定性，在跟踪开始时步长通常比较大，随着跟踪的进行，步长逐渐减小。步长控制模块的主要作用是根据当前状态的变化来自适应地调整步长。
MPPT控制模块：本算法的核心部分，其主要作用是根据当前状态（电压、电流、功率）来调节输出电压或电流，从而使之达到最佳值。
实验方法
为了验证该算法的有效性，我们在实验室中搭建了一套光伏逆变器系统（图1），采用了基于CC2530无线传输芯片和LabVIEW软件开发实验平台。实验系统主要由光伏电池板、逆变器、和直流负载三个部分组成。其中，逆变器采用单相全桥逆变器，直流负载部分使用稳压电源控制，采集系统使用电流互感器采集直流电流、电压信号，然后转化为数字信号进行实时处理。
图1：实验系统示意图
实验条件为：光照强度200W/m2、温度25°C、电池板额定电压为30V、额定电流为5A。我们将传统P&O算法和滞环控制的变步长MPPT算法进行比较。最后统计得到逆变器在两种算法下的输出功率值，进而分别计算其效率。
结果分析
我们实验分别对比了传统P&O算法和滞环控制的变步长MPPT算法在工作电压和功率变化的情形下的跟踪效果。
图2：传统P&O算法在光照强度变化下的跟踪效果
图3：滞环控制的变步长MPPT算法在光照强度变化下的跟踪效果
从图2和图3中可以看出，在光照强度变化的情况下，传统P&O算法的跟踪效果较差，而滞环控制的变步长MPPT算法能够很好地满足变化的需求，并实现了较好的跟踪效果。
为了更加直观地评估两种算法的跟踪效果，我们在不断变化的工作电压和功率下记录了他们的跟踪曲线和效率曲线（图4和图5）。
图4：不断变化的工作电压下的MPPT效果
图5：不断变化的输出功率下的MPPT效果
从图4和图5中可以看出，滞环控制的变步长MPPT算法整体效果较好，尤其是在功率变化较大的情况下，能够更快速地跟踪到最大功率点。
结论
本篇论文探讨了滞环控制的变步长MPPT算法，并通过实验对比分析了其跟踪效果。通过实验结果的统计和分析，得出以下结论：
（1）滞环控制的变步长MPPT算法相比于传统P&O算法，在光照强度、工作电压、输出功率等方面都取得了更好的跟踪效果，能够更快速、更准确地跟踪到最大功率点。
（2）采用滞环控制的变步长MPPT算法不仅能够高效稳定地跟踪到最大功率点，而且对光伏电池变化比较大或环境条件变化比较复杂的情况下也具有较好的适应能力，因此具有较高的实用价值。
总之，滞环控制的变步长MPPT算法是一种非常有潜力的MPPT算法，在光伏发电系统中具有非常广泛的可应用性，也具有很好的推广价值。