基于MPPT的光伏發(fā)電系統(tǒng)控制策略

王坦坦 孫樹敏 萬德超 趙其浩

摘 要：隨著新能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)（MPPT）成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。MPPT技術(shù)是從不同輻照度水平的光伏面板上提取最大能量的一種方法。本文概述了光伏發(fā)電中常見的MPPT技術(shù)，研究分析了選擇MPPT技術(shù)時需要考慮的因素。為進(jìn)一步研究最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：最大功率點(diǎn)跟蹤；光伏發(fā)電；輻照度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.177

1 MPPT技術(shù)的概念

將MPPT技術(shù)應(yīng)用于光伏系統(tǒng)是確保能源高效的轉(zhuǎn)換到負(fù)載的一項智能工程。隨著天氣條件的不斷變換，如輻照度和溫度，電能轉(zhuǎn)換效率非常低（約有15%的太陽光轉(zhuǎn)換為電能）。所以在光伏發(fā)電系統(tǒng)中運(yùn)用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，以確保最大限度的收集能量。

光伏面板U-I和U-P特性曲線表明，溫度和照度呈非線性關(guān)系。當(dāng)整個系統(tǒng)處于最大工作效率時，有個特殊的點(diǎn)，這一點(diǎn)被稱為最大功率點(diǎn)（MPP），如圖1和圖2所示。

2 MPPT控制技術(shù)

（1）恒定電壓技術(shù)。恒壓（CV）技術(shù)是假定在陣列上絕緣和溫度變化不明顯時最簡單的MPPT控制方法，并且恒定的參考電壓適當(dāng)?shù)谋平嬲腗PP。所以光伏陣列的工作點(diǎn)與固定的參考電壓Vref相匹配。V ref的值設(shè)置為等于特性PV模塊的VMPP。對于CV方法，運(yùn)行點(diǎn)不會在MPP上，并且不同的數(shù)據(jù)適用于不同的地區(qū)。測量在MPP處的光伏陣列電壓VPV，通過PI調(diào)節(jié)器對于調(diào)整DC / DC轉(zhuǎn)換器的占空比是必要的。

（2）開路電壓技術(shù)。開路電壓（OV）技術(shù)基于觀察到最大功率點(diǎn)V的電壓總是接近開路電壓Voc固定的百分比。在溫度和太陽能照射水平變化下，允許最大功率點(diǎn)在2%的誤差范圍內(nèi)。OV控制算法需要在電路斷開時測量電壓V。這里需要將靜態(tài)開關(guān)引入光伏系統(tǒng)。該方法測量PV陣列電壓VPV時需要調(diào)節(jié)器。

（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適用于非線性和復(fù)雜系統(tǒng)。它可以提供一種改進(jìn)的方法來推導(dǎo)非線性模型，它具有響應(yīng)速度快、功能強(qiáng)大等優(yōu)勢。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常有輸入層、隱藏層和輸出層三層結(jié)構(gòu)，每層中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不相同。輸入變量可以是PV陣列參數(shù)，例如Voc和Isc、輻照度和溫度等；輸出變量通常是一個或幾個參考信號。占空比信號用于驅(qū)動轉(zhuǎn)換器工作在或接近MPP 。由于多數(shù)光伏陣列具有不同的特性，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必須經(jīng)過專門的訓(xùn)練以保證MPPT 技術(shù)的準(zhǔn)確性。

3 選擇MPPT技術(shù)需考慮的因素

（1）傳感器。在光伏系統(tǒng)中，傳感器用于測量電流和電壓值。在某些情況下，還可以測量輻照度水平。實(shí)施MPPT所需的傳感器數(shù)量會影響光伏系統(tǒng)的復(fù)雜性和最大功率點(diǎn)跟蹤的準(zhǔn)確性。此外，由于電壓傳感器的體積小于電流傳感器的體積，所以更適合光伏應(yīng)用。由于輻照度或溫度傳感器比較昂貴，所以它們的應(yīng)用較少。

（2）檢測局部最大值。許多情況下，環(huán)境條件會使太陽能電池板部分或全部被遮擋。這會影響輻照度水平并且引起多個局部功率最大點(diǎn)的問題。此時，MPPT應(yīng)該能夠繞過多個局部最大值。如果MPP被錯誤跟蹤，則會損失相當(dāng)大的功率。因此，需要建立靈活的算法以檢測多個局部功率最大點(diǎn)的值。

（3）MPPT技術(shù)的收斂速度和成本。高性能MPPT技術(shù)收斂到工作電壓或電流時所用時間應(yīng)該很短。但是，如果收斂速度太快，實(shí)際點(diǎn)會因存在MPP而在MPP周圍出現(xiàn)反復(fù)跟蹤的情況。因此，應(yīng)該選擇準(zhǔn)確和快速的最大功率點(diǎn)跟蹤方法。實(shí)際上，模擬技術(shù)比數(shù)字技術(shù)便宜。因?yàn)樵跀?shù)字方法中需要使用微控制器和編程的傳感器，這增加了系統(tǒng)的成本。

4 MPPT控制技術(shù)綜合分析

通過模擬技術(shù)或數(shù)字技術(shù)可以對MPPT技術(shù)進(jìn)行充分的研究分析。各類MPPT技術(shù)的主要特點(diǎn)如表1所示。

5 結(jié)論

最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)對于提高光伏系統(tǒng)的效率，確保光伏面板在最佳條件下工作具有非常重要的意義。本文為進(jìn)一步研究MPPT技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

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作者簡介：王坦坦（1993-），男，山東濱州人，碩士研究生，主要研究方向：新能源發(fā)電及其并網(wǎng)控制、智能微電網(wǎng)。

*為通訊作者