光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制技術(shù)

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1、光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制技術(shù)主講人：張娜E-mail:unrpower@yahoo.com.cn緒論1.摘要隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的能源為我們帶來(lái)優(yōu)質(zhì)生活的同時(shí)，也越來(lái)越嚴(yán)重的危害著我們的生存環(huán)境，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始關(guān)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(wú)污染、無(wú)噪音、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，因而越來(lái)越受大家的關(guān)注。由于光伏電池是采用半導(dǎo)體硅材料來(lái)制造，其轉(zhuǎn)換效率一般為14％～17％，最高商業(yè)轉(zhuǎn)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(gè)最大功率點(diǎn)追蹤的裝置，在任何時(shí)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(jiǎn)介MPPT實(shí)際上是一個(gè)阻抗變換器，它是連接在太陽(yáng)能電池和負(fù)載之間的一級(jí)功率變換電路。通過(guò)測(cè)量太陽(yáng)能電池電壓、電流和功率，以及比較它們之間的變化關(guān)系，決定當(dāng)前功率點(diǎn)與峰值點(diǎn)的位置關(guān)系，然后控制電流（或電壓）向最大功率點(diǎn)附近移動(dòng)，使當(dāng)前的輸出功率點(diǎn)與最大功率點(diǎn)保持一致，到達(dá)最大功率點(diǎn)追蹤的目的。MPPT的真正作用首先我們舉一個(gè)非常簡(jiǎn)單而又常見(jiàn)的應(yīng)用的例子來(lái)說(shuō)明MPPT的重要性：圖1:太陽(yáng)能電池給蓄電池充電太陽(yáng)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(dāng)太陽(yáng)能電池在理想的工作的條件下，接入蓄電池進(jìn)行充電，如圖1所示。當(dāng)此時(shí)蓄電池電壓為11V情況下，此時(shí)太陽(yáng)能電池板工作電壓被蓄電池電壓鉗位，也同時(shí)為11V，而太陽(yáng)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(shí)我們可以計(jì)算出此時(shí)真正的太陽(yáng)能電池輸出的有效功率為：Pout=11*5.6=61.6W；如果隨著充電時(shí)間延長(zhǎng)，蓄電池電壓變成12V，此時(shí)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(yáng)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(fù)載的關(guān)系，限制了這種特性的輸出。所以我們必須引入MPPT裝置來(lái)解決這一問(wèn)題。一個(gè)簡(jiǎn)單解決辦法如下所示：圖2：?采用BUCK同步整流電路DC-DC來(lái)匹配太陽(yáng)能電池和蓄電池之間的阻抗，使太陽(yáng)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(guān)系，設(shè)DC-DC級(jí)效率為96%，忽略MPPT跟蹤效率，此時(shí)太陽(yáng)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(yáng)能電池電壓，所以讓太陽(yáng)能電池板能夠輸出最大功

5、率通過(guò)DC-DC變換，使蓄電池獲得最高的充電功率所對(duì)應(yīng)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(yáng)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(shí)現(xiàn)方式?1?恒定電壓法?2?擾動(dòng)觀測(cè)法?3?電導(dǎo)增量法?4?改進(jìn)算法?1?恒定電壓首先我們來(lái)看看標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)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(diǎn)點(diǎn)處的電壓值大概位于0.7～0.9倍Voc(開(kāi)路電壓)左右,恒定電壓法是把太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓的70%～90%作為最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓,從而計(jì)算出最大功率。但是事實(shí)上最大功率點(diǎn)電壓

6、與開(kāi)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(qǐng)見(jiàn)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(dòng)觀測(cè)法?先讓太陽(yáng)能電池工作某一電壓下，記下此時(shí)太陽(yáng)能電池的功率為Pout1；?然后在這個(gè)電壓的上加上正向電壓擾動(dòng)量，記下此時(shí)的輸出功率為Pout2；?如果Pout2>Pout1，說(shuō)明正向擾動(dòng)可以增加輸出功率，需要繼續(xù)向正的方向增加擾動(dòng)量。?如果Pout2

7、在任何時(shí)刻，輸出的最大功率點(diǎn)都在真實(shí)的最大功率點(diǎn)附近來(lái)回振蕩，直接導(dǎo)致在負(fù)載上產(chǎn)生電壓或電流的波動(dòng)。?優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)的方式非常簡(jiǎn)單，只需要采樣太陽(yáng)能電池電壓和電流，計(jì)算每一次擾動(dòng)時(shí)的功率，和前一次的功率進(jìn)行比較，所以運(yùn)算量并不大，所需要的時(shí)間也很短，在一些要求不高的系統(tǒng)中，適合采用。圖6：擾動(dòng)法流程圖7：?3電導(dǎo)增量法電?要尋找最大功率點(diǎn)，只要在功率對(duì)電導(dǎo)壓的導(dǎo)數(shù)大于零的區(qū)域增加電壓；在增功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)小于零的區(qū)域減小量電壓；在導(dǎo)數(shù)等于零或非常接近于零法的時(shí)候，電壓保持不變即可；當(dāng)電壓流不變電流增加時(shí)，增加工作電壓；在程電壓不變電流減小時(shí)，

8、減小工作電壓。圖?為了計(jì)算方便，在計(jì)算的時(shí)候不進(jìn)行功率計(jì)算，將計(jì)算公式推導(dǎo)變成如下：?這樣可以避免將功率計(jì)算帶入到系統(tǒng)中，沒(méi)有2個(gè)變量的乘法和除法，縮短了計(jì)算的時(shí)間。?實(shí)現(xiàn)的基本原理是：首先檢