光伏發電系統MPPT控制策略研究

王坦坦 孫樹敏 萬德超 趙其浩

摘 要：隨著能源枯竭與環境污染問題日益加劇，人們希望用可再生能源來代替常規能源，光伏發電產業得到了快速發展。作為光伏發電系統的核心技術之一，最大功率點跟蹤技術（MPPT）成為人們日益關注的焦點。本文概述了光伏發電系統MPPT技術的基本理論，研究與分析了光伏系統MPPT影響因素和MPPT技術控制策略。為進一步研究最大功率點跟蹤技術，提高光伏發電系統的工作效率奠定基礎。

關鍵詞：光伏陣列；最大功率點跟蹤；控制策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.183

1 MPPT技術基本理論

MPPT技術是指微控制器能夠實時獲取太陽能電池板的電壓，并追蹤到最高電壓值，使光伏系統以最高的效率進行光伏發電。在光伏發電系統中應用最大功率點跟蹤技術，可以提高發電效率，更好地滿足人們的電能需求。光伏電池板的U-I和U-P特性曲線如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可以看出，溫度和照度呈現非線性關系，并且當整個系統處于最大工作效率時，有個特殊的點，即最大功率點。光伏發電系統在該點時的工作效率將達到最高。

2 光伏系統MPPT影響因素

在光伏發電系統中，幾乎每一個環節都會涉及對電流和電壓的控制。因此，所選用的電力傳感器將影響到光伏發電系統最大功率點跟蹤的有效性。常見的傳感器有電流傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和電壓傳感器等。因為電壓傳感器具有響應快、線性好和不損失測量能量等優勢，所以已經廣泛應用于光伏發電系統的逆變裝置和電源等領域。

太陽能作為清潔環保的可再生能源，提高其利用效率意義重大，在光伏發電系統中采用合適的傳感器非常重要。由于傳感器具有性能穩定、結構簡單和實用性強等多個優點，所以其可以有效應用于光伏發電系統。

3 光伏系統MPPT控制策略

神經網絡控制技術。神經網絡有輸入層、隱藏層和輸出層三層結構，每層中節點數量各不相同。神經網絡的輸入變量可以是輻照度和溫度等光伏陣列參數；輸出變量可以是多個參考信號。神經網絡控制技術具有可進行復雜的邏輯操作、響應速度快和處理非線性信息等優點。由于多數光伏陣列具有不同的輸出特性，所以神經網絡需要經過反復地訓練以提高其準確跟蹤最大功率點的能力。

恒定電壓控制技術。恒定電壓控制是指當光伏陣列溫度變化小并且可以忽略其影響時的MPPT控制方法。光伏陣列的工作電壓應該與參考電壓值相匹配。光伏電池在最大功率點處的電壓值變化很小，可認為該處即為最大功率點的電壓值。恒定電壓控制實質上是近似的輸出光伏發電最大功率而不是準確無誤地進行跟蹤控制。光伏陣列的等效模型如圖3所示。

在使用光伏陣列的過程中，光伏陣列的外部特性會隨著時間變化而發生變化。當最大功率點跟蹤技術響應速度較快時，其收斂到最大功率點處所用的時間較短。為了使光伏發電系統工作在最大功率點處，需要綜合考慮最大功率點跟蹤控制策略。

4 結語

最大功率點跟蹤控制策略對于促進光伏陣列工作在最佳環境下和提高光伏發電系統的發電效率具有重要意義。通過研究分析影響最大功率點跟蹤的神經網絡控制技術和恒定電壓控制技術，為進一步研究最大功率點跟蹤技術奠定基礎。

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

*為通訊作者