光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制技術

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1、光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制技術主講人：張娜E-mail:unrpower@yahoo.com.cn緒論1.摘要隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)的能源為我們帶來優(yōu)質生活的同時，也越來越嚴重的危害著我們的生存環(huán)境，越來越多的國家開始關注能源利用。最近幾年，光伏發(fā)電發(fā)電迅猛發(fā)展，它有無污染、無噪音、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點，因而越來越受大家的關注。由于光伏電池是采用半導體硅材料來制造，其轉換效率一般為14％～17％，最高商業(yè)轉換效率也才22%。為了讓光伏電池陣列在同樣日照、溫度的條件下輸出更多的電能，需要一個最大功率點追蹤的裝置，在任何時刻都可能獲得由

2、光伏電池的最大輸出功率，所以在光伏發(fā)電系統(tǒng)上需要引入MPPT這一概念。2.MPPT簡介MPPT實際上是一個阻抗變換器，它是連接在太陽能電池和負載之間的一級功率變換電路。通過測量太陽能電池電壓、電流和功率，以及比較它們之間的變化關系，決定當前功率點與峰值點的位置關系，然后控制電流（或電壓）向最大功率點附近移動，使當前的輸出功率點與最大功率點保持一致，到達最大功率點追蹤的目的。MPPT的真正作用首先我們舉一個非常簡單而又常見的應用的例子來說明MPPT的重要性：圖1:太陽能電池給蓄電池充電太陽能電池部分基本參數(shù)為：蓄電池基本參數(shù)：Pmax=10

3、0W;電壓：DC12VVoc=23V;容量：100AHVmp=18VImp=5.6A當太陽能電池在理想的工作的條件下，接入蓄電池進行充電，如圖1所示。當此時蓄電池電壓為11V情況下，此時太陽能電池板工作電壓被蓄電池電壓鉗位，也同時為11V，而太陽能電池板的工作電流在光照理想的情況下，最大為5.6A，此時我們可以計算出此時真正的太陽能電池輸出的有效功率為：Pout=11*5.6=61.6W；如果隨著充電時間延長，蓄電池電壓變成12V，此時輸出的有效功率為：Pout=12*5.6=67.2W；從以上情況可以看出，雖然太陽能電池板具備了自身輸出

4、最大功率的條件，但是由于外部負載的關系，限制了這種特性的輸出。所以我們必須引入MPPT裝置來解決這一問題。一個簡單解決辦法如下所示：圖2：?采用BUCK同步整流電路DC-DC來匹配太陽能電池和蓄電池之間的阻抗，使太陽能電池板的輸出功率逼近Pmax，由于改變了輸入輸出之間的關系，設DC-DC級效率為96%，忽略MPPT跟蹤效率，此時太陽能電池的輸出功率為:Psout=18*5.6A≈100W;?BUCK輸出功率為：PDCout=18*5.6A*96%≈96W;?采用MPPT，蓄電池電壓不在鉗位太陽能電池電壓，所以讓太陽能電池板能夠輸出最大功

5、率通過DC-DC變換，使蓄電池獲得最高的充電功率所對應的電流和電壓。這一方式可以大大提高充電效率和最高利用太陽能電池發(fā)電，比直接接入蓄電池充電的方式可以提高30-40%以上的效率。MPPT的實現(xiàn)方式?1?恒定電壓法?2?擾動觀測法?3?電導增量法?4?改進算法?1?恒定電壓首先我們來看看標準的太陽能電池的法P-U特性曲線圖3：特性曲線?由以上圖可以得知，最大功率點點處的電壓值大概位于0.7～0.9倍Voc(開路電壓)左右,恒定電壓法是把太陽能電池開路電壓的70%～90%作為最大功率點對應的電壓,從而計算出最大功率。但是事實上最大功率點電壓

6、與開路電壓的比值并非為一定值,所以存在一定的誤差，所以這種方法并不是真正的最大功率追蹤方式。請見下圖特性曲線：圖4：P-U隨著光照變化情況圖5：P-U隨著溫度變化情況?2擾動觀測法?先讓太陽能電池工作某一電壓下，記下此時太陽能電池的功率為Pout1；?然后在這個電壓的上加上正向電壓擾動量，記下此時的輸出功率為Pout2；?如果Pout2>Pout1，說明正向擾動可以增加輸出功率，需要繼續(xù)向正的方向增加擾動量。?如果Pout2

7、在任何時刻，輸出的最大功率點都在真實的最大功率點附近來回振蕩，直接導致在負載上產(chǎn)生電壓或電流的波動。?優(yōu)點：實現(xiàn)的方式非常簡單，只需要采樣太陽能電池電壓和電流，計算每一次擾動時的功率，和前一次的功率進行比較，所以運算量并不大，所需要的時間也很短，在一些要求不高的系統(tǒng)中，適合采用。圖6：擾動法流程圖7：?3電導增量法電?要尋找最大功率點，只要在功率對電導壓的導數(shù)大于零的區(qū)域增加電壓；在增功率對電壓的導數(shù)小于零的區(qū)域減小量電壓；在導數(shù)等于零或非常接近于零法的時候，電壓保持不變即可；當電壓流不變電流增加時，增加工作電壓；在程電壓不變電流減小時，

8、減小工作電壓。圖?為了計算方便，在計算的時候不進行功率計算，將計算公式推導變成如下：?這樣可以避免將功率計算帶入到系統(tǒng)中，沒有2個變量的乘法和除法，縮短了計算的時間。?實現(xiàn)的基本原理是：首先檢