第7章 最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)

1、1濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 第六章第六章 光伏并網(wǎng)逆變器控制策略光伏并網(wǎng)逆變器控制策略 兩個(gè)基本控制要求：兩個(gè)基本控制要求： 一是要保持前后級(jí)之間的直流側(cè)電壓穩(wěn)定一是要保持前后級(jí)之間的直流側(cè)電壓穩(wěn)定 二是要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流控制二是要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流控制 電力電子系統(tǒng)的電力電子系統(tǒng)的控制控制主要包括對(duì)給定信號(hào)的跟主要包括對(duì)給定信號(hào)的跟 隨（隨（跟隨性跟隨性）和對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的抑制（）和對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的抑制（抗擾性抗擾性） 兩個(gè)方面。兩個(gè)方面。 2濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 顯然通過(guò)顯然通過(guò)控制交流側(cè)控制交流側(cè)Ui的幅值和相位的幅值和相位，便可，便可 控制控制UL

2、的幅值和相位，也即控制了的幅值和相位，也即控制了電感電流電感電流 的幅值和相位。的幅值和相位。 3濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 再由再由 Ui = U L+E ；可得交流側(cè)輸出電壓指令；可得交流側(cè)輸出電壓指令 Ui * j LI * E 并網(wǎng)控制的工作原理：并網(wǎng)控制的工作原理：首先由并網(wǎng)控制給定首先由并網(wǎng)控制給定 的有功、的有功、 無(wú)功功率無(wú)功功率指令指令和和電網(wǎng)電壓矢量電網(wǎng)電壓矢量，計(jì)，計(jì) 算出輸出電流矢量算出輸出電流矢量I*； 通過(guò)通過(guò)SPWM或或SVPWM 控制逆變器輸出所需交流側(cè)控制逆變器輸出所需交流側(cè) 電壓矢量，實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)電流的控制。電壓矢量，實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)

3、電流的控制。 4濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 間接電流控制：間接電流控制：通過(guò)控制并網(wǎng)逆變器交流側(cè)電壓來(lái)通過(guò)控制并網(wǎng)逆變器交流側(cè)電壓來(lái) 間接控制輸出電流矢量。間接控制輸出電流矢量。 直接電流控制直接電流控制方案依據(jù)方案依據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型構(gòu)造電流閉系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型構(gòu)造電流閉 環(huán)控制系統(tǒng)，環(huán)控制系統(tǒng)， 5濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 相對(duì)于電網(wǎng)電壓矢量位置的電流矢量控制，相對(duì)于電網(wǎng)電壓矢量位置的電流矢量控制， 稱(chēng)為稱(chēng)為基于電壓定向的矢量控制基于電壓定向的矢量控制(VOC)。 相對(duì)于電網(wǎng)電壓矢量位置的功率控制，稱(chēng)為相對(duì)于電網(wǎng)電壓矢量位置的功率控制，稱(chēng)為 基于電壓

4、定向的直接功率控制基于電壓定向的直接功率控制(V-DPC)。 以上兩種并網(wǎng)逆變器控制策略的控制性能取決于以上兩種并網(wǎng)逆變器控制策略的控制性能取決于 電網(wǎng)電壓矢量位置的精確獲得。電網(wǎng)電壓矢量位置的精確獲得。 6濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 第七章第七章 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù) 7-6 7.1 概述概述 光伏電池由于受光伏電池由于受外界外界因素因素(溫度、日照強(qiáng)度等溫度、日照強(qiáng)度等)影影 響很多，因此其輸出具有明顯的響很多，因此其輸出具有明顯的非線(xiàn)性非線(xiàn)性。 不同的外界條件下，光伏電池可運(yùn)行在不同的外界條件下，光伏電池可運(yùn)行在不同不同且且唯一唯一 的的最大功率點(diǎn)

5、最大功率點(diǎn)(Maximum Power Point, MPP)上。上。 7濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 7-7 光伏系統(tǒng)應(yīng)尋求光伏電池的光伏系統(tǒng)應(yīng)尋求光伏電池的最優(yōu)工作狀態(tài)最優(yōu)工作狀態(tài)， 以最大限度的實(shí)現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換為電能以最大限度的實(shí)現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換為電能 利用利用控制方法控制方法實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率輸出運(yùn)行實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率輸出運(yùn)行 的的 技術(shù)稱(chēng)為技術(shù)稱(chēng)為最大功率點(diǎn)跟蹤最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT)技術(shù)。技術(shù)。 8濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 圖圖7-1分別給出了光伏電池在不同的溫度，分別給出了光伏

6、電池在不同的溫度， 日照強(qiáng)度下的日照強(qiáng)度下的I-V特性曲線(xiàn)。特性曲線(xiàn)。 圖圖7-17-1 光伏電池不同溫度、日照強(qiáng)度下的光伏電池不同溫度、日照強(qiáng)度下的I-VI-V特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn) 9濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 由圖由圖7-1可知，光伏電池既可知，光伏電池既非恒壓源非恒壓源，也，也非恒流非恒流 源源，是一種，是一種非線(xiàn)性直流源非線(xiàn)性直流源。輸出電流在大部分。輸出電流在大部分 工作電壓范圍內(nèi)相對(duì)恒定，最終在一個(gè)足夠高工作電壓范圍內(nèi)相對(duì)恒定，最終在一個(gè)足夠高 的電壓之后，電流迅速下降至零。的電壓之后，電流迅速下降至零。 光伏電池的輸出特性近似為矩形，即光伏電池的輸出特性近似為

7、矩形，即低壓段近低壓段近 似為恒流源似為恒流源，接近開(kāi)路電壓時(shí)近似為恒壓源接近開(kāi)路電壓時(shí)近似為恒壓源。 溫度相同時(shí)，隨著日照強(qiáng)度的增加，光伏電池溫度相同時(shí)，隨著日照強(qiáng)度的增加，光伏電池 的開(kāi)路電壓幾乎不變，短路電流有所增加；日的開(kāi)路電壓幾乎不變，短路電流有所增加；日 照強(qiáng)度相同時(shí)，隨著溫度的升高，光伏電池的照強(qiáng)度相同時(shí)，隨著溫度的升高，光伏電池的 開(kāi)路電壓下降，短路電流有所增加。開(kāi)路電壓下降，短路電流有所增加。 10濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 圖圖7-2分別給出了光伏電池在不同的溫分別給出了光伏電池在不同的溫 度，日照強(qiáng)度下的度，日照強(qiáng)度下的P-U特性曲線(xiàn)。特性曲線(xiàn)。

8、圖圖7-27-2 光伏電池不同溫度、日照強(qiáng)度下的光伏電池不同溫度、日照強(qiáng)度下的P-VP-V特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn) 11濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 從圖從圖7-2中可以看出，中可以看出，在一定的溫度和日照強(qiáng)度下，在一定的溫度和日照強(qiáng)度下， 光伏電池具有光伏電池具有唯一的最大功率點(diǎn)唯一的最大功率點(diǎn)，當(dāng)光伏電池工作，當(dāng)光伏電池工作 在該點(diǎn)時(shí)，在該點(diǎn)時(shí)， 能輸出當(dāng)前溫度和日照條件下的最大能輸出當(dāng)前溫度和日照條件下的最大 功率。功率。 在在最大功率點(diǎn)左側(cè)最大功率點(diǎn)左側(cè)，光伏電池的輸出功率隨著工，光伏電池的輸出功率隨著工 作點(diǎn)電壓的增加而增大；在作點(diǎn)電壓的增加而增大；在最大功率點(diǎn)右側(cè)最大

9、功率點(diǎn)右側(cè)，光伏，光伏 電池的輸出功率隨著工作點(diǎn)電壓的增加而減小。電池的輸出功率隨著工作點(diǎn)電壓的增加而減小。 當(dāng)當(dāng)結(jié)溫增加結(jié)溫增加時(shí)，光伏電池的時(shí)，光伏電池的開(kāi)路電壓下降開(kāi)路電壓下降，短路短路 電流略有增加電流略有增加，最大輸出功率減小，最大輸出功率減小, 當(dāng)當(dāng)日照強(qiáng)度增日照強(qiáng)度增 加加時(shí)，光伏電池的開(kāi)路電壓變化不大，時(shí)，光伏電池的開(kāi)路電壓變化不大，短路電流增短路電流增 加明顯，最大輸出功率增加加明顯，最大輸出功率增加。 7-11 12濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 從上面的分析中看出，光伏電池的輸出是一個(gè)從上面的分析中看出，光伏電池的輸出是一個(gè) 隨機(jī)的、不穩(wěn)定的隨機(jī)的、不

10、穩(wěn)定的供電系統(tǒng)。工作時(shí)由于光伏供電系統(tǒng)。工作時(shí)由于光伏 電池的輸出特性受電池的輸出特性受負(fù)荷狀態(tài)負(fù)荷狀態(tài)、光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度、環(huán)境環(huán)境 溫度溫度等的影響而大幅度變化，等的影響而大幅度變化， 其短路電流與日其短路電流與日 照量幾乎成正比關(guān)系增減，開(kāi)路電壓受溫度變照量幾乎成正比關(guān)系增減，開(kāi)路電壓受溫度變 化的影響較大。化的影響較大。 最大功率點(diǎn)時(shí)刻在變化。因此，就不能用最大功率點(diǎn)時(shí)刻在變化。因此，就不能用等效等效 電阻電阻的方法獲取最大功率。的方法獲取最大功率。 由于光伏電池的輸出特性是復(fù)雜的非線(xiàn)性形式，由于光伏電池的輸出特性是復(fù)雜的非線(xiàn)性形式， 難以確定其數(shù)學(xué)模型，無(wú)法用難以確定其數(shù)學(xué)模型，無(wú)法用

11、解析法解析法求取最大求取最大 功率。功率。 7-12 13濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 常見(jiàn)幾種常見(jiàn)幾種MPPT方法方法: (l)恒定電壓跟蹤法恒定電壓跟蹤法; (2)擾動(dòng)觀測(cè)法（爬山法）擾動(dòng)觀測(cè)法（爬山法）; (3)導(dǎo)納增量法導(dǎo)納增量法; (4)智能控制的方法。智能控制的方法。 14濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 7.2 定電壓跟蹤法定電壓跟蹤法 圖圖7-37-3 光伏電池不同日照強(qiáng)度下的光伏電池不同日照強(qiáng)度下的P-VP-V特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn) 由圖由圖7-3可以看出，在光伏電池可以看出，在光伏電池溫度溫度變化不大時(shí)，變化不大時(shí)， 光伏電光伏電 池的池的

12、P-U輸出特性曲線(xiàn)上的最大功率點(diǎn)幾輸出特性曲線(xiàn)上的最大功率點(diǎn)幾 乎分布于一條垂直直線(xiàn)的兩側(cè)，因此乎分布于一條垂直直線(xiàn)的兩側(cè)，因此將光伏電池將光伏電池 輸出電壓控制在其最大功率點(diǎn)電壓處輸出電壓控制在其最大功率點(diǎn)電壓處，此時(shí)光伏，此時(shí)光伏 電池將工作在最大功率點(diǎn)。電池將工作在最大功率點(diǎn)。 最大功率點(diǎn)電壓與開(kāi)最大功率點(diǎn)電壓與開(kāi) 路電壓之間存在近路電壓之間存在近 似的線(xiàn)性關(guān)系似的線(xiàn)性關(guān)系 ocmpp UKU 1 15濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 (1)開(kāi)環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制，控制簡(jiǎn)單，控制易實(shí)現(xiàn)，控制簡(jiǎn)單，控制易實(shí)現(xiàn); (2)系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)因給定的控制電壓劇烈變化而引起系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)因給定

13、的控制電壓劇烈變化而引起 振蕩，具有振蕩，具有良好的穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性; (3)控制精度差控制精度差，系統(tǒng)最大功率跟蹤的精度取決于給，系統(tǒng)最大功率跟蹤的精度取決于給 定電壓值選擇的合理性定電壓值選擇的合理性; (4)控制的適應(yīng)性差控制的適應(yīng)性差，當(dāng)系統(tǒng)外界環(huán)境，如太陽(yáng)輻射，當(dāng)系統(tǒng)外界環(huán)境，如太陽(yáng)輻射 強(qiáng)度，光伏電池板溫度發(fā)生改變時(shí)系統(tǒng)難以進(jìn)行準(zhǔn)強(qiáng)度，光伏電池板溫度發(fā)生改變時(shí)系統(tǒng)難以進(jìn)行準(zhǔn) 確的最大功率點(diǎn)跟蹤。確的最大功率點(diǎn)跟蹤。 定電壓跟蹤法特點(diǎn)：定電壓跟蹤法特點(diǎn)： 16濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 7.3擾動(dòng)觀測(cè)法擾動(dòng)觀測(cè)法（爬山法）（爬山法） 擾動(dòng)觀測(cè)法擾動(dòng)觀測(cè)法(P

14、erturbation Observation, PO)是是 目前實(shí)現(xiàn)目前實(shí)現(xiàn) MPPT常用的方法，它通過(guò)常用的方法，它通過(guò)不斷擾動(dòng)不斷擾動(dòng) 光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)來(lái)尋找最大功率點(diǎn)的方向。來(lái)尋找最大功率點(diǎn)的方向。 工作原理：先擾動(dòng)輸出電壓值，然后工作原理：先擾動(dòng)輸出電壓值，然后測(cè)其功率測(cè)其功率 變化并與擾動(dòng)之前的功率值比較變化并與擾動(dòng)之前的功率值比較，如果功率值，如果功率值 增加，則表示擾動(dòng)方向正確，繼續(xù)朝同一方向增加，則表示擾動(dòng)方向正確，繼續(xù)朝同一方向 擾動(dòng)，如果擾動(dòng)后功率值小于擾動(dòng)前的值，則擾動(dòng)，如果擾動(dòng)后功率值小于擾動(dòng)前的值，則 往相反的方向擾動(dòng)。往相反的方向擾動(dòng)。 17濟(jì)南大

15、學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 擾動(dòng)觀測(cè)法示意圖如圖擾動(dòng)觀測(cè)法示意圖如圖7-4所示所示 圖圖7-47-4 擾動(dòng)觀測(cè)法示意圖擾動(dòng)觀測(cè)法示意圖 18濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 擾動(dòng)觀測(cè)法程序流程如圖擾動(dòng)觀測(cè)法程序流程如圖7-5所示所示 圖圖7-57-5 擾動(dòng)觀測(cè)法流程圖擾動(dòng)觀測(cè)法流程圖 擾動(dòng)觀測(cè)法按照每次擾動(dòng)的電壓變化量是否固擾動(dòng)觀測(cè)法按照每次擾動(dòng)的電壓變化量是否固 定，可分為定，可分為定步長(zhǎng)定步長(zhǎng)和和變步長(zhǎng)變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀測(cè)法。擾動(dòng)觀測(cè)法。 19濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 擾動(dòng)觀測(cè)法的特點(diǎn)：擾動(dòng)觀測(cè)法的特點(diǎn)： 擾動(dòng)觀測(cè)法實(shí)質(zhì)上是一個(gè)擾動(dòng)觀

16、測(cè)法實(shí)質(zhì)上是一個(gè)自尋優(yōu)過(guò)程自尋優(yōu)過(guò)程，通過(guò)對(duì)陣，通過(guò)對(duì)陣 列當(dāng)前輸出電壓與電流檢測(cè)，得到當(dāng)前陣列輸出列當(dāng)前輸出電壓與電流檢測(cè)，得到當(dāng)前陣列輸出 功率，再與已被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻陣列功率相比較，功率，再與已被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻陣列功率相比較， 舍小存大舍小存大，再檢測(cè)，再檢測(cè)， 再比較，如此不停的周而再比較，如此不停的周而 復(fù)始，便可使陣列動(dòng)態(tài)的工作在最大功率點(diǎn)上。復(fù)始，便可使陣列動(dòng)態(tài)的工作在最大功率點(diǎn)上。 此方法的優(yōu)點(diǎn)是此方法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于光，容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于光 強(qiáng)快速變化的環(huán)境易產(chǎn)生錯(cuò)誤的跟蹤，有強(qiáng)快速變化的環(huán)境易產(chǎn)生錯(cuò)誤的跟蹤，有較大的較大的 功率損失功率損失。有時(shí)還會(huì)

17、發(fā)生程序控制在運(yùn)行中的失。有時(shí)還會(huì)發(fā)生程序控制在運(yùn)行中的失 序，出現(xiàn)序，出現(xiàn)“誤判誤判”，還可產(chǎn)生，還可產(chǎn)生振蕩振蕩現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 7-19 20濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 誤判的例子誤判的例子:在光強(qiáng)變化快速的情況下，在光強(qiáng)變化快速的情況下， 假定系統(tǒng)一開(kāi)始工作在假定系統(tǒng)一開(kāi)始工作在S1曲線(xiàn)上點(diǎn)，曲線(xiàn)上點(diǎn)， 由于擾動(dòng)的作用，這時(shí)工作點(diǎn)向右移動(dòng)到由于擾動(dòng)的作用，這時(shí)工作點(diǎn)向右移動(dòng)到 了了S2曲線(xiàn)上的點(diǎn)，并且曲線(xiàn)上的點(diǎn)，并且PP，系統(tǒng)，系統(tǒng) 便認(rèn)為此時(shí)最大功率點(diǎn)應(yīng)該在點(diǎn)的右邊，便認(rèn)為此時(shí)最大功率點(diǎn)應(yīng)該在點(diǎn)的右邊， 仍向右調(diào)節(jié)工作點(diǎn)。仍向右調(diào)節(jié)工作點(diǎn)。 圖圖7-67-6 擾動(dòng)

18、觀測(cè)法誤判示例擾動(dòng)觀測(cè)法誤判示例 7-20 21濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 產(chǎn)生產(chǎn)生振蕩振蕩現(xiàn)象現(xiàn)象 22濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 擾動(dòng)觀測(cè)法的改進(jìn)擾動(dòng)觀測(cè)法的改進(jìn) 一、基于變步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀測(cè)法一、基于變步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀測(cè)法 基本思想：遠(yuǎn)離基本思想：遠(yuǎn)離MPP區(qū)域，采用較大的步長(zhǎng)，在區(qū)域，采用較大的步長(zhǎng)，在 MPP附近，采用較小的步長(zhǎng)。附近，采用較小的步長(zhǎng)。 1. 最優(yōu)梯度法最優(yōu)梯度法 最大功率點(diǎn)搜索過(guò)程：當(dāng)工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)最大功率點(diǎn)搜索過(guò)程：當(dāng)工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn) 左側(cè)左側(cè)斜率斜率較大的區(qū)域時(shí)，電壓以一個(gè)較大步長(zhǎng)的較大的區(qū)域時(shí)，電壓以一個(gè)較大步

19、長(zhǎng)的 擾動(dòng)量增加，并隨著向擾動(dòng)量增加，并隨著向MPP靠近，自動(dòng)變小擾動(dòng)靠近，自動(dòng)變小擾動(dòng) 的步長(zhǎng)。反之，過(guò)程相反。的步長(zhǎng)。反之，過(guò)程相反。 23濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 最優(yōu)梯度法最大功率點(diǎn)搜索過(guò)程圖最優(yōu)梯度法最大功率點(diǎn)搜索過(guò)程圖 24濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 2. 逐步逼近法逐步逼近法 假設(shè)初始工作點(diǎn)工作在假設(shè)初始工作點(diǎn)工作在P-U特性曲線(xiàn)最大功率點(diǎn)的特性曲線(xiàn)最大功率點(diǎn)的 左邊，并且遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)，此時(shí)應(yīng)以某一較大左邊，并且遠(yuǎn)離最大功率點(diǎn)，此時(shí)應(yīng)以某一較大 的步長(zhǎng)的步長(zhǎng)m進(jìn)行搜索，當(dāng)滿(mǎn)足進(jìn)行搜索，當(dāng)滿(mǎn)足Pi+1Pi時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前工時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前

20、工 作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)的右側(cè)，此時(shí)便可以估算出最作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)的右側(cè)，此時(shí)便可以估算出最 大功率點(diǎn)的范圍應(yīng)在兩個(gè)初始步長(zhǎng)大功率點(diǎn)的范圍應(yīng)在兩個(gè)初始步長(zhǎng)2m范圍內(nèi)；接范圍內(nèi)；接 著應(yīng)改變搜索的方向，并且以著應(yīng)改變搜索的方向，并且以m/2為步長(zhǎng)進(jìn)行搜索，為步長(zhǎng)進(jìn)行搜索， 直到出現(xiàn)搜索方向的第二次改變時(shí)，屆時(shí)最大功直到出現(xiàn)搜索方向的第二次改變時(shí)，屆時(shí)最大功 率點(diǎn)的范圍應(yīng)在一個(gè)初始步長(zhǎng)率點(diǎn)的范圍應(yīng)在一個(gè)初始步長(zhǎng)m范圍內(nèi)，此后再改范圍內(nèi)，此后再改 變搜索方向，并且以變搜索方向，并且以m/4步長(zhǎng)進(jìn)行搜索，以此類(lèi)推，步長(zhǎng)進(jìn)行搜索，以此類(lèi)推， 找到最大功率點(diǎn)，而且精度逐步提高。找到最大功率點(diǎn)，而且精度逐步提高

21、。 25濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 然而這在實(shí)際中是做不到的，但是可以通過(guò)預(yù)然而這在實(shí)際中是做不到的，但是可以通過(guò)預(yù) 測(cè)算法而獲得。測(cè)算法而獲得。 這就是這就是基于功率基于功率 預(yù)測(cè)的擾動(dòng)觀測(cè)預(yù)測(cè)的擾動(dòng)觀測(cè) 法的基本思路。法的基本思路。 對(duì)于誤判的問(wèn)題，如果能夠在同一時(shí)刻測(cè)得對(duì)于誤判的問(wèn)題，如果能夠在同一時(shí)刻測(cè)得 同一輻照度下的同一輻照度下的P-U 特性曲線(xiàn)上電壓擾動(dòng)前、特性曲線(xiàn)上電壓擾動(dòng)前、 后所對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)功率，就不會(huì)存在誤判問(wèn)后所對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)功率，就不會(huì)存在誤判問(wèn) 題。題。 圖圖7-67-6 擾動(dòng)觀測(cè)法誤判示例擾動(dòng)觀測(cè)法誤判示例 二、基于功率預(yù)測(cè)的擾動(dòng)觀測(cè)法二、基

22、于功率預(yù)測(cè)的擾動(dòng)觀測(cè)法 26濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 令令kT時(shí)刻電壓時(shí)刻電壓UK處工作點(diǎn)測(cè)得的功率為處工作點(diǎn)測(cè)得的功率為P(K)， 此時(shí)不給參考電壓加擾動(dòng)，而在此時(shí)不給參考電壓加擾動(dòng)，而在kT時(shí)刻后的半時(shí)刻后的半 個(gè)采樣周期的個(gè)采樣周期的(k+1/2)T時(shí)刻增加一次功率采樣。時(shí)刻增加一次功率采樣。 若令測(cè)得的功率為若令測(cè)得的功率為 P(k+1/2)，則可以得到，則可以得到 基于一個(gè)采樣周期的預(yù)基于一個(gè)采樣周期的預(yù) 測(cè)功率為測(cè)功率為 )()2/1(2)(kPkPkP 27濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 然后，在然后，在 (k+1/2)T時(shí)刻使參考電

23、壓增加時(shí)刻使參考電壓增加U，并，并 令在令在(k+1)T時(shí)刻測(cè)得電壓時(shí)刻測(cè)得電壓Uk+1處的功率為處的功率為 P(k+1)，這樣，這樣P(k+1)和和P(k)就是在同一輻照度就是在同一輻照度 下下P-U特性曲線(xiàn)上特性曲線(xiàn)上 電壓擾動(dòng)前后的兩個(gè)電壓擾動(dòng)前后的兩個(gè) 工作點(diǎn)，因此，就沒(méi)工作點(diǎn)，因此，就沒(méi) 有誤判的問(wèn)題。有誤判的問(wèn)題。 28濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 7.4 電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法 電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法(Incremental Conductance, INC) 是是 通過(guò)比較光伏電池陣列的通過(guò)比較光伏電池陣列的瞬時(shí)導(dǎo)抗瞬時(shí)導(dǎo)抗與與導(dǎo)抗的變化導(dǎo)抗的變化 量量的方法

24、來(lái)完成最大功率點(diǎn)跟蹤的功能。的方法來(lái)完成最大功率點(diǎn)跟蹤的功能。 電導(dǎo)增量法避免了擾動(dòng)電導(dǎo)增量法避免了擾動(dòng) 觀測(cè)法的盲目性，它觀測(cè)法的盲目性，它 能夠判斷出能夠判斷出工作點(diǎn)電工作點(diǎn)電 壓與最大功率點(diǎn)電壓壓與最大功率點(diǎn)電壓 之間的關(guān)系之間的關(guān)系。 29濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 如右圖所示：光伏陣列如右圖所示：光伏陣列 的電壓功率曲線(xiàn)是一個(gè)的電壓功率曲線(xiàn)是一個(gè) 單峰的曲線(xiàn)，單峰的曲線(xiàn)，在輸出功在輸出功 率最大點(diǎn)處率最大點(diǎn)處， 功率對(duì)電功率對(duì)電 壓的導(dǎo)數(shù)為零壓的導(dǎo)數(shù)為零，要尋找，要尋找 最大功率點(diǎn)，只要在功最大功率點(diǎn)，只要在功 率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)大于零率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)大于零 的區(qū)域

25、增加電壓，在功的區(qū)域增加電壓，在功 率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)小于零率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)小于零 的區(qū)域減小電壓，在導(dǎo)的區(qū)域減小電壓，在導(dǎo) 數(shù)等于零或非常接近于數(shù)等于零或非常接近于 零的時(shí)候，電壓保持不零的時(shí)候，電壓保持不 變即可。變即可。 光伏電池光伏電池P-U特性的特性的 dP/dU變化特征變化特征 30濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 光伏電池的瞬時(shí)功率：光伏電池的瞬時(shí)功率：IUP 兩端對(duì)兩端對(duì)U求導(dǎo)，并將求導(dǎo)，并將I作為作為U的函數(shù)，可得：的函數(shù)，可得： dU dI UI dU dP 極大值時(shí)：極大值時(shí)：0 dU dP 所以，工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)時(shí)的條件：所以，工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)時(shí)的條

26、件： 0 dU dI UI U I dU dI - 31濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 工程中以工程中以I / U 近似代替近似代替 dI / dU 可得電可得電 導(dǎo)增量法（導(dǎo)增量法（INC）法進(jìn)行最大功率時(shí)的）法進(jìn)行最大功率時(shí)的判判 據(jù)據(jù)如下：如下： 最大功率點(diǎn)左邊最大功率點(diǎn)左邊 最大功率點(diǎn)最大功率點(diǎn) 最大功率點(diǎn)右邊最大功率點(diǎn)右邊 32濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 7-20 電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法流程圖流程圖 圖圖7-97-9 電導(dǎo)增量法流程圖電導(dǎo)增量法流程圖 33濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 (1)控制效果好控制效果好; (2)

27、控制穩(wěn)定度高控制穩(wěn)定度高，當(dāng)外部環(huán)境參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)能平，當(dāng)外部環(huán)境參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)能平 穩(wěn)的追蹤其變化，且與光伏光伏電池組件的特性及穩(wěn)的追蹤其變化，且與光伏光伏電池組件的特性及 參數(shù)無(wú)關(guān)參數(shù)無(wú)關(guān); (3)控制控制算法較復(fù)雜算法較復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)要求較高，對(duì)控制系統(tǒng)要求較高; (4)控制電壓控制電壓初始初始化化參數(shù)參數(shù)對(duì)對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的跟蹤性系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的跟蹤性 能能有較大影響，若設(shè)置不當(dāng)則可能產(chǎn)生較大的功率有較大影響，若設(shè)置不當(dāng)則可能產(chǎn)生較大的功率 損失。損失。 7-33 電導(dǎo)增量法的特點(diǎn)電導(dǎo)增量法的特點(diǎn) 34濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院濟(jì)南大學(xué)物理學(xué)院 2021-7-6 擾動(dòng)觀測(cè)法：擾動(dòng)觀測(cè)法： 電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法