光伏發電系統中的最大功率點跟蹤法

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720147

摘要：結合已有的廣泛系統的數學等效模型和實際的太陽能電池的參數，通過仿真分析獲取相應的光伏電池的輸出特性曲線，與實際情況進行比較，有效獲取跟蹤算法來實現光伏電池的最大功率點輸出。

關鍵詞：光伏發電；最大功率點跟蹤法

隨著人們對能源利用的研究和開發，太陽能作為可再生能源，受到重視并不斷發展。利用光伏電池的光生伏特效應，將太陽輻射能轉換成電能的光伏發電系統成為重要的研究對象。

最大功率點跟蹤法

光伏電池的輸出受到溫度、光照等因素的影響呈現非線性，光照條件的不同導致了太陽能電池板輸出電壓和功率的不同，其函數是單峰函數，即在某一點處達到輸出的最大功率，而這個點就是光伏電池工作的最佳狀態，對應的工作點被稱為最大功率點（MPP）。為保證光伏電池的最大功率點輸出，常使用最大功率的跟蹤法。最大功率跟蹤法又可以分作電導增量法、恒定電壓法（CVT）、擾動觀測法（P&O）以及基于擾動觀測法改進的自適應算法等等。

一、恒定電壓法

恒定電壓法（CVT）的優點在于操作較為簡單，如圖1所示即為恒定電壓法的工作原理圖。由圖可知，溫度一定時，太陽能電池的最大功率點幾乎落在同一根垂直線的臨近兩側，這樣就可以把最大功率點的軌跡線近似的看成電壓U=const的一根垂直線，即只要保持太陽能電池的輸出端電壓為常數且等于某一日照強度下相應于最大功率點的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽能電池輸出最大功率。把最大功率點跟蹤簡化為恒電壓跟蹤（CVT），這就是CVT控制的理論依據。

二、擾動觀測法

這種方法主要依據的是光伏陣列端口電壓與最大輸出功率之間存在一定的關系，可以通過相應的公式計算得出。因此當不斷的向光伏陣列的端口進行干擾，導致其端口電壓產生改變，那么就會對應輸出很多新的功率。比較擾動前后輸出功率的大小，若擾動前的輸出功率較大，則說明光伏陣列的輸出功率在減小，因此下一次擾動就需要朝著反方向進行；如果光伏陣列的擾動后輸出功率較大，則說明光伏陣列的輸出功率在增大，同樣的擾動信號需要通過反方向輸入。

三、電導增量法

前面通過對于光伏輸出特性的仿真分析可以知道，光伏陣列的電壓功率輸出曲線只有一個峰值點。因此根據數學分析可以知道曲線的最高點處有dPdV=0，如此便可以計算出光伏陣列的峰值點。光伏陣列的輸出功率有Ppv=upvipv，兩邊同時求導，就可以得到：

dPpvdupv=ipv+upvdipvdupv

可知，當dPpvdupv>0時，upv小于最大功率點電壓；當dPpvdupv<0時，upv大于最大功率點電壓；當dPdV=0時，upv與最大功率點電壓相等。

當upv-ipvupv此時應增大輸出電壓；當upv>Um時，dipvdupv<-ipvupv此時應減小輸出電壓；當upv=Um時，dipvdupv=-ipvupv此時對應的是最大功率點電壓。

電導增量法的構建基于光伏陣列的功率與電壓輸出關系曲線，對于環境的適應性強，可以有效減小誤判情況，其跟蹤控制比較理想。

參考文獻：

[1]官二勇，宋平崗，葉滿園.基于最優梯度法MPPT的三相光伏并網逆變器[J].電力電子技術，2006，40 （2） ： 3334.

[2]張超，何湘寧.短路電流結合擾動觀察法在光伏發電最大功率點跟蹤控制中的應用[J].中國電機工程學報，2006，26（20）：98102.

[3]趙宏，潘俊民.基于Boost電路的光伏電池最大功率點跟蹤系統[J].電力電子技術，2004，38（3）：5557.

作者簡介：楊媛媛（1984），女，苗族，貴州凱里市人，工程碩士，副教授，單位：貴州電子信息職業技術學院電力工程系，研究方向：電子與通信工程 。