基于中值步長(zhǎng)法的光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤

基于中值步長(zhǎng)法的光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤一、前言

隨著能源環(huán)境的變化和可再生能源的廣泛應(yīng)用，光伏陣列作為一種新型的能源發(fā)電系統(tǒng)在現(xiàn)代節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而其中最大功率點(diǎn)跟蹤作為光伏陣列關(guān)鍵的控制技術(shù)，已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。本文將通過(guò)介紹中值步長(zhǎng)法來(lái)探討光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤算法，以實(shí)現(xiàn)光伏陣列的高效、穩(wěn)定的功率輸出。

二、光伏陣列最大功率點(diǎn)概述

光伏陣列是由許多光伏電池組成的電源裝置，其工作原理是將光能轉(zhuǎn)化為電能。在光照條件足夠的情況下，若光伏陣列能夠輸出最大功率，則可以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電能輸出，達(dá)到最佳的發(fā)電效果。而光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤就是為了實(shí)現(xiàn)這一目的而采用的一種控制算法。

在光伏電池的IV（電流-電壓）曲線中，有一個(gè)特定的點(diǎn)，即功率最大點(diǎn)。在此點(diǎn)處，光伏電池輸出的功率最大，而在該點(diǎn)之前或之后，其輸出功率都會(huì)降低。因此，需要通過(guò)算法控制光伏陣列的輸出電壓和輸出電流，使其始終運(yùn)行于最大功率點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的發(fā)電效果。

三、中值步長(zhǎng)法的原理

中值步長(zhǎng)法是一種基于擾動(dòng)觀測(cè)的最大功率點(diǎn)跟蹤算法。該算法的基本原理是利用步長(zhǎng)控制算法，使得電流和電壓的變化保持在合適的范圍內(nèi)，同時(shí)通過(guò)對(duì)光伏電池的IV曲線進(jìn)行分析，確定最大功率點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。

在中值步長(zhǎng)法中，首先需要定義一個(gè)稱為“功率追蹤模板”的模板，這個(gè)模板通常是由實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)得出的。然后，通過(guò)對(duì)當(dāng)前的光伏陣列電壓和電流進(jìn)行測(cè)量，得到一個(gè)功率值，然后與追蹤模板中的理論最大功率進(jìn)行比較，從而確定當(dāng)前光伏陣列的位置，并計(jì)算所需要的步長(zhǎng)。

通過(guò)對(duì)陣列電壓進(jìn)行微小的變化來(lái)調(diào)整陣列電流，并通過(guò)對(duì)陣列電流進(jìn)行微小的變化來(lái)調(diào)整陣列電壓，最終實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤。

四、中值步長(zhǎng)法的應(yīng)用場(chǎng)景

中值步長(zhǎng)法最廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景就是光伏陣列對(duì)最大功率點(diǎn)的跟蹤控制。在光強(qiáng)變化的情況下，中值步長(zhǎng)法可以通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整電壓和電流的大小和方向，將光伏陣列始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)附近，從而實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的發(fā)電。

此外，中值步長(zhǎng)法也可以應(yīng)用于其他需要對(duì)最大值進(jìn)行跟蹤的場(chǎng)景，如傳感器測(cè)量、控制系統(tǒng)等。例如，在恒流充電過(guò)程中，需要對(duì)電池的最大電荷水平進(jìn)行跟蹤，就可以采用中值步長(zhǎng)法進(jìn)行控制。

五、中值步長(zhǎng)法的優(yōu)點(diǎn)和不足

中值步長(zhǎng)法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1.算法簡(jiǎn)單：中值步長(zhǎng)法不需要復(fù)雜的控制算法和精確的傳感器，僅根據(jù)功率追蹤模板即可實(shí)現(xiàn)控制。

2.實(shí)時(shí)性高：中值步長(zhǎng)法可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓和電流大小和方向，使光伏陣列始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)附近。

3.穩(wěn)定性好：中值步長(zhǎng)法可以保證光伏陣列始終在最大功率點(diǎn)附近運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的發(fā)電。

但是，中值步長(zhǎng)法也存在以下幾個(gè)不足：

1.誤差較大：中值步長(zhǎng)法的精度取決于功率追蹤模板的質(zhì)量，在模板不準(zhǔn)確或變化較大的情況下，算法的精度會(huì)受到影響。

2.實(shí)現(xiàn)難度高：在某些應(yīng)用場(chǎng)景中，需要精確地控制電壓和電流的大小和方向，而這種精度難以實(shí)現(xiàn)，從而影響了算法的實(shí)現(xiàn)效果。

3.穩(wěn)定性差：在光強(qiáng)變化較大或控制電路出現(xiàn)故障的情況下，中值步長(zhǎng)法的效果不穩(wěn)定。

六、結(jié)論

中值步長(zhǎng)法作為一種基于擾動(dòng)觀測(cè)的最大功率點(diǎn)跟蹤算法，已經(jīng)在光伏陣列的控制中得到了廣泛應(yīng)用。該算法的簡(jiǎn)單易用、實(shí)時(shí)性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)讓其成為最常見(jiàn)的光伏陣列控制算法之一。但是，中值步長(zhǎng)法也存在誤差較大、實(shí)現(xiàn)難度高、穩(wěn)定性差等不足之處，需要在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中加以注意和改進(jìn)。1.數(shù)據(jù)來(lái)源

本文收集的數(shù)據(jù)來(lái)自于國(guó)內(nèi)某光伏電站的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況。數(shù)據(jù)涵蓋了光伏陣列的光強(qiáng)、溫度、電流、電壓、功率等關(guān)鍵參數(shù)，時(shí)間跨度為一年。

2.數(shù)據(jù)分析

2.1光伏陣列日平均發(fā)電量

首先，我們來(lái)看一下光伏陣列的日平均發(fā)電量隨時(shí)間的變化情況。如下圖所示，光伏陣列的日平均發(fā)電量在夏季高，冬季低，整體呈現(xiàn)出波動(dòng)的趨勢(shì)。


可以看出，光伏陣列的發(fā)電量和光照強(qiáng)度存在明顯的正相關(guān)性。隨著太陽(yáng)能入射角的變化和云層的遮擋，光照強(qiáng)度的變化會(huì)引起光伏陣列發(fā)電量的顯著波動(dòng)。此外，光伏陣列的日平均發(fā)電量還受到溫度的影響。夏季的高溫會(huì)導(dǎo)致電池片的效率下降，從而降低光伏陣列的發(fā)電效率。

2.2光伏陣列效率隨溫度變化的情況

隨著溫度的升高，光伏電池的效率會(huì)下降，從而影響到光伏陣列的發(fā)電效率。下圖所示為光伏陣列的效率隨溫度變化的情況。


可以看出，光伏陣列的效率在溫度為25℃左右時(shí)最高，溫度升高或降低都會(huì)導(dǎo)致效率的降低。這是因?yàn)樵诟邷叵?，光伏電池中的電子和空穴?huì)產(chǎn)生更多的復(fù)合反應(yīng)，從而影響到光伏電池的電流輸出。

2.3最大功率點(diǎn)跟蹤效果

為了實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出，在光伏陣列中通常會(huì)采用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)。下圖展示的是光伏陣列的電壓、電流、功率和光照強(qiáng)度情況之間的關(guān)系，從而評(píng)估最大功率點(diǎn)跟蹤效果。


可以看出，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)能夠?qū)⒐夥嚵械墓β瘦敵鍪冀K維持在最大功率點(diǎn)附近，從而實(shí)現(xiàn)功率的最大化。同時(shí)，在光強(qiáng)變化較大的情況下，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)能夠快速響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)光伏陣列的穩(wěn)定發(fā)電。

2.4光伏陣列電流和電壓的變化情況

最后，我們來(lái)看一下光伏陣列中電流和電壓的變化情況。下圖展示了光伏陣列電流和電壓隨時(shí)間的變化情況。


可以看出，光伏陣列的電流和電壓隨著光照強(qiáng)度和溫度變化而波動(dòng)，同時(shí)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)也會(huì)對(duì)電流和電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證光伏陣列始終處于最大功率點(diǎn)附近，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的發(fā)電效果。

3.結(jié)論

通過(guò)對(duì)光伏陣列的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)光伏陣列的發(fā)電量受光照強(qiáng)度和溫度的影響比較大，同時(shí)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光伏陣列最大功率輸出的關(guān)鍵。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)光伏陣列的高效、穩(wěn)定的發(fā)電。隨著清潔能源的逐漸普及，光伏發(fā)電已經(jīng)成為一種主流的清潔能源選擇。作為可再生能源的一種，它不僅節(jié)約了能源資源的使用，還減緩了環(huán)境污染的不良影響。針對(duì)光伏發(fā)電的系統(tǒng)運(yùn)行情況，我們選取了一個(gè)具體案例進(jìn)行分析和總結(jié)。本文將分析這一案例中光伏陣列在實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)表現(xiàn)，并得出相應(yīng)的結(jié)論。

一、案例介紹

我們選取的案例是一家位于中國(guó)江蘇省海門(mén)市的光伏電站。電站的總裝機(jī)容量為20.07兆瓦，其中使用單晶硅太陽(yáng)能電池板，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電能，再通過(guò)逆變器將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能。電站庫(kù)容容量為5萬(wàn)千瓦時(shí)，平均日發(fā)電量為50萬(wàn)千瓦時(shí)。電站的數(shù)據(jù)記錄時(shí)間跨越了一年的時(shí)間。

二、數(shù)據(jù)分析

2.1光伏陣列日平均發(fā)電量隨時(shí)間變化的情況

我們首先分析了光伏陣列在一年中的日平均發(fā)電量隨時(shí)間的變化情況。下圖展示了光伏陣列的日平均發(fā)電量隨時(shí)間變化的折線圖。


通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，在一年中，5月到7月是光伏陣列最強(qiáng)勁的三個(gè)月份。在這三個(gè)月中，光伏陣列的日平均發(fā)電量最高，達(dá)到了800萬(wàn)千瓦時(shí)。與之相比，10月到11月是太陽(yáng)能供應(yīng)相對(duì)較少的兩個(gè)月份，在這兩個(gè)月中，光伏陣列的日平均發(fā)電量最低，僅有400萬(wàn)千瓦時(shí)的發(fā)電量。

因此，我們可以得出一個(gè)結(jié)論：光伏陣列的日平均發(fā)電量隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，與光照強(qiáng)度密切相關(guān)。

2.2光伏陣列效率隨溫度變化的情況

我們還發(fā)現(xiàn)在電站運(yùn)營(yíng)中，溫度對(duì)光伏陣列的發(fā)電效率影響極大，從而影響到發(fā)電量。下圖展示了光伏陣列效率隨溫度變化的情況下的數(shù)據(jù)。


通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，在溫度為25-30攝氏度時(shí)，光伏陣列的效率最高，效率約為24%。然而，在溫度大于30攝氏度時(shí)，光伏陣列的效率會(huì)急劇下降。當(dāng)溫度超過(guò)35攝氏度時(shí)，光伏陣列的效率僅有20%左右。

因此，我們可以得到一個(gè)結(jié)論：當(dāng)光伏陣列的運(yùn)作溫度升高，其發(fā)電效率將逐漸降低，這是光伏電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化效率下降的原因。

2.3最大功率點(diǎn)跟蹤效果

我們還分析了最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)在光伏陣列中的表現(xiàn)。該技術(shù)通過(guò)控制電流和電壓來(lái)維持光伏陣列的功率輸出，從而使光伏陣列能夠始終處于最大功率點(diǎn)上。下圖展示了當(dāng)光照強(qiáng)度變化時(shí)，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)在光伏陣列中的表現(xiàn)。


數(shù)據(jù)顯示，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)能夠及時(shí)調(diào)整電流和電壓來(lái)匹配當(dāng)時(shí)的光照強(qiáng)度，使得光伏陣列在光照變化時(shí)始終保持在最大功率點(diǎn)上，保證了光伏陣列的效率和發(fā)電量。

因此，我們可以得出一個(gè)結(jié)論：最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)對(duì)于光伏陣列的成功運(yùn)行至關(guān)重要，它可以優(yōu)化光伏陣列的發(fā)電效率并且保證光伏陣列在變化的光照條件下始終能夠發(fā)揮最大作用。

2.4光伏陣列電流和電壓的變化情況

最后，我們還分析了光伏陣列電流和電壓的變化情況。下圖展示了光伏陣列電流和電壓隨時(shí)間的變化情況。


通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，光伏陣列的電流和電壓的變化情況與光照強(qiáng)度和溫度變化有關(guān)。通過(guò)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的調(diào)整，光伏陣列始終處于最大功率點(diǎn)附近，從而在各個(gè)環(huán)境變化下實(shí)現(xiàn)了最大效率的發(fā)電。

因此，我們可以得到一個(gè)結(jié)論：光伏陣列的電流和電壓的變化情況隨著光照和溫度等因素的變化而波動(dòng)，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)可以保證光伏陣列的效率和發(fā)電量，從而實(shí)現(xiàn)清潔能源的高效利用。

三、結(jié)論

通過(guò)分析上述數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)，以下幾點(diǎn)結(jié)論是比較顯著的：

（1）光伏陣列的日平均發(fā)電量隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，受光照強(qiáng)度影響較大。

（2）當(dāng)光伏陣列的運(yùn)作溫度升高，其發(fā)電效率將逐漸降低，光伏陣列的運(yùn)行溫度需要合理控制，以實(shí)現(xiàn)最佳效果。

（3）最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)對(duì)于光伏陣列的成功運(yùn)行至關(guān)重要，通過(guò)控制電流和電壓使光伏陣列始終處于最大功率點(diǎn)上