光伏发电系统的MPPT控制技术

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1、光伏发电系统的MPPT控制技术主讲人：张娜E-mail:unrpower@yahoo.com.cn绪论1.摘要随着全球经济的发展，传统的能源为我们带来优质生活的同时，也越来越严重的危害着我们的生存环境，越来越多的国家开始关注能源利用。最近几年，光伏发电发电迅猛发展，它有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点，因而越来越受大家的关注。由于光伏电池是采用半导体硅材料来制造，其转换效率一般为14％～17％，最高商业转换效率也才22%。为了让光伏电池阵列在同样日照、温度的条件下输出更多的电能，需要一个最大功率点追踪的装置，在任何时刻都可能获得由

2、光伏电池的最大输出功率，所以在光伏发电系统上需要引入MPPT这一概念。2.MPPT简介MPPT实际上是一个阻抗变换器，它是连接在太阳能电池和负载之间的一级功率变换电路。通过测量太阳能电池电压、电流和功率，以及比较它们之间的变化关系，决定当前功率点与峰值点的位置关系，然后控制电流（或电压）向最大功率点附近移动，使当前的输出功率点与最大功率点保持一致，到达最大功率点追踪的目的。MPPT的真正作用首先我们举一个非常简单而又常见的应用的例子来说明MPPT的重要性：图1:太阳能电池给蓄电池充电太阳能电池部分基本参数为：蓄电池基本参数：Pmax=10

3、0W;电压：DC12VVoc=23V;容量：100AHVmp=18VImp=5.6A当太阳能电池在理想的工作的条件下，接入蓄电池进行充电，如图1所示。当此时蓄电池电压为11V情况下，此时太阳能电池板工作电压被蓄电池电压钳位，也同时为11V，而太阳能电池板的工作电流在光照理想的情况下，最大为5.6A，此时我们可以计算出此时真正的太阳能电池输出的有效功率为：Pout=11*5.6=61.6W；如果随着充电时间延长，蓄电池电压变成12V，此时输出的有效功率为：Pout=12*5.6=67.2W；从以上情况可以看出，虽然太阳能电池板具备了自身输出

4、最大功率的条件，但是由于外部负载的关系，限制了这种特性的输出。所以我们必须引入MPPT装置来解决这一问题。一个简单解决办法如下所示：图2：•采用BUCK同步整流电路DC-DC来匹配太阳能电池和蓄电池之间的阻抗，使太阳能电池板的输出功率逼近Pmax，由于改变了输入输出之间的关系，设DC-DC级效率为96%，忽略MPPT跟踪效率，此时太阳能电池的输出功率为:Psout=18*5.6A≈100W;•BUCK输出功率为：PDCout=18*5.6A*96%≈96W;•采用MPPT，蓄电池电压不在钳位太阳能电池电压，所以让太阳能电池板能够输出最大功

5、率通过DC-DC变换，使蓄电池获得最高的充电功率所对应的电流和电压。这一方式可以大大提高充电效率和最高利用太阳能电池发电，比直接接入蓄电池充电的方式可以提高30-40%以上的效率。MPPT的实现方式•1?恒定电压法•2?扰动观测法•3?电导增量法•4?改进算法•1?恒定电压首先我们来看看标准的太阳能电池的法P-U特性曲线图3：特性曲线•由以上图可以得知，最大功率点点处的电压值大概位于0.7～0.9倍Voc(开路电压)左右,恒定电压法是把太阳能电池开路电压的70%～90%作为最大功率点对应的电压,从而计算出最大功率。但是事实上最大功率点电压

6、与开路电压的比值并非为一定值,所以存在一定的误差，所以这种方法并不是真正的最大功率追踪方式。请见下图特性曲线：图4：P-U随着光照变化情况图5：P-U随着温度变化情况•2扰动观测法•先让太阳能电池工作某一电压下，记下此时太阳能电池的功率为Pout1；•然后在这个电压的上加上正向电压扰动量，记下此时的输出功率为Pout2；•如果Pout2>Pout1，说明正向扰动可以增加输出功率，需要继续向正的方向增加扰动量。•如果Pout2

7、在任何时刻，输出的最大功率点都在真实的最大功率点附近来回振荡，直接导致在负载上产生电压或电流的波动。•优点：实现的方式非常简单，只需要采样太阳能电池电压和电流，计算每一次扰动时的功率，和前一次的功率进行比较，所以运算量并不大，所需要的时间也很短，在一些要求不高的系统中，适合采用。图6：扰动法流程图7：•3电导增量法电•要寻找最大功率点，只要在功率对电导压的导数大于零的区域增加电压；在增功率对电压的导数小于零的区域减小量电压；在导数等于零或非常接近于零法的时候，电压保持不变即可；当电压流不变电流增加时，增加工作电压；在程电压不变电流减小时，

8、减小工作电压。图•为了计算方便，在计算的时候不进行功率计算，将计算公式推导变成如下：•这样可以避免将功率计算带入到系统中，没有2个变量的乘法和除法，缩短了计算的时间。•实现的基本原理是：首先检