一种改进型太阳阵最大功率点跟踪方法

　　前言

　　迄今为止，绝大多数卫星电源都采用太阳阵加蓄电池的供电方式。光照期间，太阳阵一方面为整星载荷提供能量，另一方面对蓄电池进行充电;蓄电池则负责在阴影期或峰值功耗时释放存储的能量为载荷供电。根据太阳阵的V-I曲线可知，在任一特定的条件下，太阳阵都有一最佳工作点，在此工作点太阳阵输出的功率最大。

　　目前，国内卫星均采用直接能量传输方式(DET)，在此方式下，电源系统将太阳阵输出的能量直接提供给星上载荷。但由于受光照强度、温度以及使用年限等因素的影响，太阳阵输出电压、电流将不断衰减，直接能量传输方式未对太阳阵的最大功率点进行跟踪，这势必造成太阳阵输出能量的浪费。本文针对这一现象，提出一种基于太阳阵最大功率点跟踪方式(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，通过在太阳阵输出环节增加一辅助电路，将太阳阵工作点维持在最大功率点，极大地提高太阳阵利用效率。

　　MPPT理论

　　MPPT本质上是一个用作阻抗匹配的DC/DC电路，通过控制DC/DC电路对整星阻抗进行匹配。鉴于太阳阵的光伏特性受到外界诸多因素影响(光照强度、温度等)，其输出特性呈现非线形特征，为了问题的简化，太阳阵的模型可以看作是一个直流电源和一个电阻的串联，其中电阻是一个受到外界因素(光照、温度、辐射等)影响的可变电阻。这样，当外界因素发生变化时，势必造成可变电阻阻值的波动，进而影响太阳阵输出特性。利用DC/DC电路所构成的MPPT功能电路(图1)，图中R表示任一时刻整星的等效载荷。

　　虽然太阳阵和DC/DC电路是非线性的，然而在极短时间里，可以作为线性电路处理。根据戴维宁定理可以将方框外的电路等效为一个阻抗，假设此阻抗为Req，则任一时刻此等效阻抗Req上得到的功率为：

　　当分子为零时，亦即Req等于Rs时，太阳阵将输出最大功率，假设DC/DC电路为理想电路，不存在能量的消耗，则载荷上将得到最大功率。所以欲使任一时刻载荷获得最大功率，需要一个能够对整星阻抗进行匹配的DC/DC电路，通过此电路对整星阻抗重新匹配，使得其尽可能逼近太阳阵模型中的等效阻抗Rs。

　　目前，常用的DC/DC电路有降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk电路以及正、反激电路。假设上述几种电路都为理想电路，则它们的等效输入阻抗分别如下(a为开关器件的占空比，0

　　升降压和Cuk电路：