光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)（下）

本文主要來(lái)源于中國(guó)慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》學(xué)習(xí)筆記

一、MPPT控制技術(shù)方法

MPPT控制技術(shù)方法包括：恒電壓跟蹤法（CVT，Constant Voltage Tracking）、干擾觀察法、電導(dǎo)增量法。

（1）恒電壓跟蹤法

如圖一所示，若忽略溫度效應(yīng)的影響，則光伏陣列在不同日照強(qiáng)度下的最大功率輸出點(diǎn)a'、b'、c'、d'、e'近似處于某一恒定電壓值U米。假設(shè)曲線L為負(fù)載特性曲線，a、b、c、d、e的橫縱坐標(biāo)為相應(yīng)光照條件下太陽(yáng)能電池與負(fù)載直接匹配的電壓值、電流值。由圖一可知，若太陽(yáng)能電池與負(fù)載直接匹配，太陽(yáng)能電池的輸出功率較小。

圖一，圖片來(lái)源：中國(guó)慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

為使各種光照條件下，太陽(yáng)能電池的輸出功率與其最大功率點(diǎn)的輸出功率相同，太陽(yáng)能電池與負(fù)載組成的系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”）的電壓需穩(wěn)定。系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定可通過阻抗變換實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定于U米附近時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出功率接近最大輸出功率。

CVT具有控制簡(jiǎn)單、可靠性高、穩(wěn)定性好、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，具有CVT的光伏系統(tǒng)較不具有該功能的光伏系統(tǒng)可多獲得20%的電能。CVT較廣泛應(yīng)用于獨(dú)立太陽(yáng)能照明系統(tǒng)、小型太陽(yáng)能草坪燈等光伏發(fā)電系統(tǒng)。CVT不適合應(yīng)用于四季溫差、晝夜溫差較大的地區(qū)。

（2）干擾觀察法

干擾觀察法的原理為每隔一定的時(shí)間調(diào)整太陽(yáng)能電池的輸出電壓，并觀測(cè)之后太陽(yáng)能電池輸出功率的變化方向，以使系統(tǒng)始終處于最大功率點(diǎn)。具體方式如下：如圖二所示，若調(diào)整后，太陽(yáng)能電池的輸出功率由A點(diǎn)變?yōu)锽點(diǎn)（P2個(gè)>P1個(gè)），則電壓可維持于U2個(gè)；若調(diào)整后，太陽(yáng)能電池的輸出功率由B點(diǎn)變?yōu)锳點(diǎn)，則需將電壓由U1個(gè)變至U2個(gè)。

該方法雖然簡(jiǎn)單且易于硬件實(shí)現(xiàn)，但其相應(yīng)速度較慢，適用于日照強(qiáng)度變化較慢的應(yīng)用場(chǎng)景，不適用于日照強(qiáng)度變化較快的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖二，圖片來(lái)源：中國(guó)慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

（3）電導(dǎo)增量法

根據(jù)圖三可知，太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)處的斜率等于零。 因此可通過檢測(cè)太陽(yáng)能電池的瞬時(shí)電導(dǎo)（I/U）和電導(dǎo)的變化量（dI/dU）實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。

假設(shè)圖三曲線的斜率為dP/dU，若dP/dU>0，則系統(tǒng)運(yùn)行于最大功率點(diǎn)左側(cè)。 若dP/dU<0，則系統(tǒng)運(yùn)行于最大功率點(diǎn)右側(cè)。 若dP/dU=0，則系統(tǒng)運(yùn)行于最大功率點(diǎn)處。

電導(dǎo)增量法通過判斷 I/U+dI/dU（G+dG，G為電導(dǎo)）與零的大小關(guān)系判斷太陽(yáng)能電池是否工作于最大功率點(diǎn)處。

關(guān)于 I/U+dI/dU可被作為判斷式的推導(dǎo)（個(gè)人理解）：

因?yàn)镻=UI，所以dP/dU=dUI/dU=（UdI+IdU）/dU=UdI/dU+I;

又因?yàn)閁>0，所以UdI/dU+I與零的大小關(guān)系與dI/dU+I/U相同，即可通過dI/dU+I/U與零的大小關(guān)系判斷dP/dU與零的大小關(guān)系，即dI/dU+I/U可被作為判斷式。

若 I/U+dI/dU>0，則說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行于最大功率點(diǎn)左側(cè)，需增大太陽(yáng)能電池的輸出電壓。 若 I/U+dI/dU<0，則說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行于最大功率點(diǎn)右側(cè)，需減少太陽(yáng)能電池的輸出電壓。 若 I/U+dI/dU=0，則系統(tǒng)運(yùn)行于最大功率點(diǎn)處，需維持太陽(yáng)能電池的輸出電壓不變。

該控制方法適合日照強(qiáng)度快速變化（大氣條件變化較快）的應(yīng)用場(chǎng)景，控制精度較高。 但該方法對(duì)硬件要求較高，造價(jià)較高。

圖三，圖片來(lái)源：中國(guó)慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

二、最大功率點(diǎn)跟蹤太陽(yáng)能型控制器

最大功率點(diǎn)跟蹤太陽(yáng)能控制器可實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的電壓和電流，通過將檢測(cè)的電壓與電流相乘得出實(shí)時(shí)功率值 ，并判斷實(shí)時(shí)功率值是否為太陽(yáng)能電池最大輸出功率值。 若太陽(yáng)能電池不在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，最大功率點(diǎn)跟蹤太陽(yáng)能控制器將通過調(diào)整輸出電流的占空比（根據(jù)百度百科：占空比是指在一個(gè)脈沖循環(huán)內(nèi)，通電時(shí)間占總時(shí)間的比例），改變充電電流值大小，并再次進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，重復(fù)上述過程，以保證太陽(yáng)能電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)上。

審核編輯：湯梓紅