光伏阵列最大功率点跟踪控制技术（下）

本文主要来源于中国慕课大学《光伏发电工程技术》学习笔记

一、MPPT控制技术方法

MPPT控制技术方法包括：恒电压跟踪法（CVT，Constant Voltage Tracking）、干扰观察法、电导增量法。

（1）恒电压跟踪法

如图一所示，若忽略温度效应的影响，则光伏阵列在不同日照强度下的最大功率输出点a'、b'、c'、d'、e'近似处于某一恒定电压值U米。假设曲线L为负载特性曲线，a、b、c、d、e的横纵坐标为相应光照条件下太阳能电池与负载直接匹配的电压值、电流值。由图一可知，若太阳能电池与负载直接匹配，太阳能电池的输出功率较小。

图一，图片来源：中国慕课大学《光伏发电工程技术》

为使各种光照条件下，太阳能电池的输出功率与其最大功率点的输出功率相同，太阳能电池与负载组成的系统（下文简称“系统”）的电压需稳定。系统的电压稳定可通过阻抗变换实现。当系统的电压稳定于U米附近时，太阳能电池的输出功率接近最大输出功率。

CVT具有控制简单、可靠性高、稳定性好、易于实现等优点，具有CVT的光伏系统较不具有该功能的光伏系统可多获得20%的电能。CVT较广泛应用于独立太阳能照明系统、小型太阳能草坪灯等光伏发电系统。CVT不适合应用于四季温差、昼夜温差较大的地区。

（2）干扰观察法

干扰观察法的原理为每隔一定的时间调整太阳能电池的输出电压，并观测之后太阳能电池输出功率的变化方向，以使系统始终处于最大功率点。具体方式如下：如图二所示，若调整后，太阳能电池的输出功率由A点变为B点（P2个>P1个），则电压可维持于U2个；若调整后，太阳能电池的输出功率由B点变为A点，则需将电压由U1个变至U2个。

该方法虽然简单且易于硬件实现，但其相应速度较慢，适用于日照强度变化较慢的应用场景，不适用于日照强度变化较快的应用场景。

图二，图片来源：中国慕课大学《光伏发电工程技术》

（3）电导增量法

根据图三可知，太阳能电池的最大功率点处的斜率等于零。 因此可通过检测太阳能电池的瞬时电导（I/U）和电导的变化量（dI/dU）实现最大功率跟踪。

假设图三曲线的斜率为dP/dU，若dP/dU>0，则系统运行于最大功率点左侧。 若dP/dU<0，则系统运行于最大功率点右侧。 若dP/dU=0，则系统运行于最大功率点处。

电导增量法通过判断 I/U+dI/dU（G+dG，G为电导）与零的大小关系判断太阳能电池是否工作于最大功率点处。

关于 I/U+dI/dU可被作为判断式的推导（个人理解）：

因为P=UI，所以dP/dU=dUI/dU=（UdI+IdU）/dU=UdI/dU+I;

又因为U>0，所以UdI/dU+I与零的大小关系与dI/dU+I/U相同，即可通过dI/dU+I/U与零的大小关系判断dP/dU与零的大小关系，即dI/dU+I/U可被作为判断式。

若 I/U+dI/dU>0，则说明系统运行于最大功率点左侧，需增大太阳能电池的输出电压。 若 I/U+dI/dU<0，则说明系统运行于最大功率点右侧，需减少太阳能电池的输出电压。 若 I/U+dI/dU=0，则系统运行于最大功率点处，需维持太阳能电池的输出电压不变。

该控制方法适合日照强度快速变化（大气条件变化较快）的应用场景，控制精度较高。 但该方法对硬件要求较高，造价较高。

图三，图片来源：中国慕课大学《光伏发电工程技术》

二、最大功率点跟踪太阳能型控制器

最大功率点跟踪太阳能控制器可实时检测系统的电压和电流，通过将检测的电压与电流相乘得出实时功率值 ，并判断实时功率值是否为太阳能电池最大输出功率值。 若太阳能电池不在最大功率点运行，最大功率点跟踪太阳能控制器将通过调整输出电流的占空比（根据百度百科：占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间占总时间的比例），改变充电电流值大小，并再次进行实时采样，重复上述过程，以保证太阳能电池始终运行在最大功率点上。

　　审核编辑：汤梓红