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)電技術的快速發(fā)展，最大功率點跟蹤技術（MPPT）成為人們關注的焦點。MPPT技術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，研究分析了選擇MPPT技術時需要考慮的因素。為進一步研究最大功率點跟蹤技術奠定基礎。

關鍵詞：最大功率點跟蹤；光伏發(fā)電；輻照度

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

1 MPPT技術的概念

將MPPT技術應用于光伏系統(tǒng)是確保能源高效的轉換到負載的一項智能工程。隨著天氣條件的不斷變換，如輻照度和溫度，電能轉換效率非常低（約有15%的太陽光轉換為電能）。所以在光伏發(fā)電系統(tǒng)中運用最大功率點跟蹤技術，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系。當整個系統(tǒng)處于最大工作效率時，有個特殊的點，這一點被稱為最大功率點（MPP），如圖1和圖2所示。

2 MPPT控制技術

（1）恒定電壓技術。恒壓（CV）技術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?shù)谋平嬲腗PP。所以光伏陣列的工作點與固定的參考電壓Vref相匹配。V ref的值設置為等于特性PV模塊的VMPP。對于CV方法，運行點不會在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調節(jié)器對于調整DC / DC轉換器的占空比是必要的。

（2）開路電壓技術。開路電壓（OV）技術基于觀察到最大功率點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，允許最大功率點在2%的誤差范圍內。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)開關引入光伏系統(tǒng)。該方法測量PV陣列電壓VPV時需要調節(jié)器。

（3）神經網絡技術。神經網絡技術適用于非線性和復雜系統(tǒng)。它可以提供一種改進的方法來推導非線性模型，它具有響應速度快、功能強大等優(yōu)勢。神經網絡通常有輸入層、隱藏層和輸出層三層結構，每層中的節(jié)點數(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。占空比信號用于驅動轉換器工作在或接近MPP 。由于多數(shù)光伏陣列具有不同的特性，神經網絡必須經過專門的訓練以保證MPPT 技術的準確性。

3 選擇MPPT技術需考慮的因素

（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。實施MPPT所需的傳感器數(shù)量會影響光伏系統(tǒng)的復雜性和最大功率點跟蹤的準確性。此外，由于電壓傳感器的體積小于電流傳感器的體積，所以更適合光伏應用。由于輻照度或溫度傳感器比較昂貴，所以它們的應用較少。

（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的問題。此時，MPPT應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的值。

（3）MPPT技術的收斂速度和成本。高性能MPPT技術收斂到工作電壓或電流時所用時間應該很短。但是，如果收斂速度太快，實際點會因存在MPP而在MPP周圍出現(xiàn)反復跟蹤的情況。因此，應該選擇準確和快速的最大功率點跟蹤方法。實際上，模擬技術比數(shù)字技術便宜。因為在數(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控制技術綜合分析

通過模擬技術或數(shù)字技術可以對MPPT技術進行充分的研究分析。各類MPPT技術的主要特點如表1所示。

5 結論

最大功率點跟蹤技術對于提高光伏系統(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。本文為進一步研究MPPT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，主要研究方向：新能源發(fā)電及其并網控制、智能微電網。

*為通訊作者