光伏阵列最大功率点跟踪控制技术(下)

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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。

控制技术

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。

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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。

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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

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