第五章：最大功率點跟蹤控制

第五章光伏陣列最大功率點跟蹤自動追光系統(tǒng)與最大功率點跟蹤不同：1.自動追光系統(tǒng)可以使電池板始終正對太陽2.最大功率點跟蹤是通過改變負(fù)載電阻大小來影響輸出功率.太陽能電池板伏安特性曲線光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受環(huán)境(主要包括日照強(qiáng)度，溫度)和負(fù)載情況影響。不同照度下和不同溫度下光伏陣列的伏安特性曲線最大功率點跟蹤（MPPT）在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，電阻不同時，光伏電池可以有不同的輸出電壓。但是只有在某一輸出電壓值時，光伏陣列的輸出功率才能達(dá)到最大值，這時光伏陣列的工作點就達(dá)到了輸出功率-電壓曲線的最高點，稱之為最大功率點（MMP).圖1輸出功率曲線與負(fù)載maximumpowerpointtracking在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，當(dāng)光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度發(fā)生變化時,通過改變光伏陣列所帶的等效負(fù)載，調(diào)節(jié)光伏陣列的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這個過程稱為最大功率點跟蹤（maximumpowerpointtracking，MPPT)MPPT算法簡介常用的MPPT算法有恒壓法、擾動觀察法、電導(dǎo)增量法等。它們的工作原理及優(yōu)缺點如下表所示。

方式

改進(jìn)的恒壓法擾動觀察法電導(dǎo)增量法工作原理斷開PV陣列的負(fù)載并測量開路電壓,然后把工作電壓設(shè)為開路電壓的76%擾動PV陣列工作點的電壓,并監(jiān)控功率的增量來定位MPP擾動PV陣列工作點的電壓，并監(jiān)控工作點電導(dǎo)和電導(dǎo)變化率之間的關(guān)系來定位MPP優(yōu)點實現(xiàn)簡單，復(fù)雜度低硬件成本低，實現(xiàn)其算法容易誤判率低，跟蹤精度高缺點跟蹤精度低，不能適應(yīng)環(huán)境的改變；功率浪費嚴(yán)重不能判定何時達(dá)到MMP,因此會存在震蕩硬度要求高，算法實現(xiàn)復(fù)雜5.1.恒電壓控制（CVT)5.1.1恒電壓控制的原理與實現(xiàn)5.1.2恒電壓控制的不足5.1.3改進(jìn)的CVT法constantvoltagetracking在光伏控制技術(shù)上，MPPT控制方法有很多種，目前市場上常用的是使用CVT(恒定電壓跟蹤)控制技術(shù)的控制器，因為CVT法較為簡單，制造相對也容易。缺點：但是此種控制技術(shù)帶來了較為嚴(yán)重的功率損失，相對于光伏電池價格的高昂以及電力電子技術(shù)的日益發(fā)展，顯得很不經(jīng)濟(jì)實用。恒電壓控制簡介5.1.1.恒電壓控制的原理與實現(xiàn)忽略溫度效應(yīng)時，光伏電池在不同光照強(qiáng)度下的最大功率輸出點電壓Um基本恒定，這樣只要在光伏陣列和負(fù)載之間通過一定的阻抗變換，控制系統(tǒng)的工作點電壓穩(wěn)定在Um附近，就基本能保證電池工作在最大功率點，從而實現(xiàn)最大功率點跟蹤。恒電壓控制是一種近似的最大功率跟蹤（MPPT）控制。5.1.2恒壓控制的不足（a)溫度變化時(b)日照強(qiáng)度變化時不同條件下光伏電池的功率—電壓特性從圖中可以看出：日照強(qiáng)度強(qiáng)度對最大功率點電壓影響不大，但是溫度變化會使最大功率點對應(yīng)電壓差別比較大。（1）溫度變化會使最大功率點對應(yīng)電壓差別比較大。（2）甚至有可能隨著溫度的升高，系統(tǒng)預(yù)先設(shè)計的工作電壓和伏安曲線沒有交點，系統(tǒng)將會產(chǎn)生振蕩。對于那些一年四季或者每天晨午溫差比較大的地區(qū)，溫度對整個光伏陣列的輸出將會產(chǎn)生比較大的影響，如果仍然采用CVT控制策略就只能通過降低系統(tǒng)的效率來保證其穩(wěn)定性。無交點5.1.3.改進(jìn)的CVT法手工調(diào)節(jié)：手動調(diào)節(jié)電位器，在不同季節(jié)給出對應(yīng)的Umax。為了克服使用場合季節(jié)、早晚時間以及天氣情況和環(huán)境溫度變化對系統(tǒng)的影響，可以通過以下幾種方法消弱恒電壓控制的不足；2.根據(jù)溫度查表調(diào)節(jié)：事先將特定光伏陣列在不同溫度下測得最大功率點電壓Umax值儲存在控制器中。實際運(yùn)行時，控制器根據(jù)檢測光伏陣列的溫度，選擇合適的Umax值。3.參考電池方法：在光伏發(fā)電系統(tǒng)中增加一塊與光伏陣列相同特性的較小光伏電池模塊，檢測其開路電壓，按固定系數(shù)計算得到當(dāng)前最大功率點電壓Umax。（把工作電壓設(shè)為開路電壓的76%）CVT方法的應(yīng)用前景采用CVT代替MPPT控制，由于其良好的可靠性和穩(wěn)定性，目前在光伏系統(tǒng)中仍被較多使用。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)中數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用，CVT方法逐漸被新方法取代。

5.2.最大功率點跟蹤控制5.4現(xiàn)代最大功率點跟蹤方法在接入光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，由匯編語言的控制，對電路實行最大功率跟蹤控制。設(shè)定一定得占空比，測量目前功率p0，并加入擾動產(chǎn)生電流電壓變化，利用電壓電流傳感器測得此時的u1，i1，并計算出p1=u1*i1。對p0，p1，進(jìn)行比較，若p1大于p0，則說明擾動是讓系統(tǒng)向其最大功率輸出方向變動，則繼續(xù)這種擾動，反之，則改變擾動方式，通過MPPT控制，送出這時的控制信號，再對比這次擾動前后的功率值，循環(huán)進(jìn)行下去，直至系統(tǒng)功率值在某一點左右變化為止。與上頁論述差不多，可作為參考本章結(jié)束占空比(DutyRatio在一串理想的脈沖序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值。

Qq郵箱：太陽能應(yīng)用技術(shù)2818783371@太陽能電池陣的特性當(dāng)光伏陣列輸出電壓比較小時，隨著電壓的變化，輸出電流變化很小，光伏陣列類似為一個恒流源；當(dāng)電壓超過一定的臨界值繼續(xù)上升時，電流急劇下降，此時的光伏陣列類似為一個恒壓源。光伏陣列的輸出功率則隨著輸出電壓的升高有一個輸出功率最大點。最大功率跟蹤器的作用是在溫度和輻射強(qiáng)度都變化的環(huán)境里，通過改變光伏陣列所帶的等效負(fù)載，調(diào)節(jié)光伏陣列的工作點，使光伏陣列工作在輸出功率最大點。圖4-A中五條曲線的MPP趨勢與圖3-A中的MPP趨勢相反；這是由于圖4-A的實測條件下，隨著光照增強(qiáng)同時溫度也在增加，使得PV組件的開路電壓UOC隨溫度升高而降低所致。

恒電壓控制的原理詳述光伏陣列在不同光照強(qiáng)度下的最大功率輸出點a‘,b’,c‘,d’和e‘總是近似在某一個恒定的電壓值附近。假如曲線L為負(fù)載特性曲線，a、b、c、d和e為相應(yīng)光照強(qiáng)度下直接匹配時工作點。顯然，如果采用直接匹配，其陣列的輸出功率比較小。當(dāng)忽略溫度效應(yīng)時，硅型光伏陣列的輸出特性太陽能電池的最大功率點跟蹤控制是為充分利用太陽能，使太陽能電池始終輸出最大電功率的控制，有登山法、功率數(shù)字模型法等。5.3最大功率點跟蹤控制1.登山法是最常用的控制法，通常的登山法是在最大功率點附近逐點計算、比較功率值來尋找最大功率點。當(dāng)日射強(qiáng)度和溫度急劇變化時，太陽