宽温度补偿恒压式MPPT光伏发电技术的研究

用 。因此 ， 需充分结合太阳能面 板的工作特性 ， 研 究适 用 于 小功 率 场 合 的 高性 能 、低 成 本 太 阳 能 充 电设备 的控 制 技 术 【５ －］ ＿。 ２ 太 阳 能 面 板 工 作 特 性
太 阳 能 面 板 的输 出特 性 具 有 较 强 的 非 线 性 特
步 长 干 扰 观 察 法 、 电导 法 等 。受 体 积 和 成 本 的 限 制 ，适 用 于 小 功 率 光 伏 发 电 系 统 的 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ技 术 则
（） ｃ 当 一 定 时 ， ． ，Ｕ曲 线
（） ｄ 当 一 定 时 ， ｕ曲 线 Ｐ．
图 １ 太 阳 能 面 板 电 气 特 性
Ｆｉ １ ｇ． Ｔｈ ｌ ｃｒｃ ｌ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓ ｆ ｓ ｌ ｒｐａ ｅ ｅ ｅ ｅ ｔｉ ａ ｈ ｒ ｃ ｅ ｔｃ ｏ ｏ ａ ｎ ｌ ｉ
定 稿 日期 ： ０ ２ ８ １ ２ １ —０ —２
的影 响 。 同 仅 影 响最 大 输 出 电压 ， 对 短 路 电 不 而 流 的影 响 可 忽 略 不 计 。 越 低 ， 阳能 面 板 可 输 出 太 ＭＰ 越 高 。ＭＰ Ｐ Ｐ与 其 对 应 的
变 化 趋 势
作 者 简 介 ： 岩 （９ ０ ， ， 苏 泰 兴 人 ， 士 ， 师 ， 周 １ ８ 一） 男 江 博 讲
（ ．ａｊｎ ｅ １ ｎｉｇ Ｃ Ｎ
ｏ ｏｔ ａｄ Ｔ ｌ ｏ ｍｕ ｉ ｔ ｎ ，Ｎ ｎｉ １０ ６ ｈｎ ） ｆＰ ｓ ｎ ｅ ｃｍ ｎｃ ｉ ｓ ａｊｎ ２ ０４ ，Ｃ ｉ ｓ ｅ ａｏ ｇ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ａ ａｙ ｉ ｎ ｈ ｒ ｉｇ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｄ ｌｏ ｏａ ｅｌ ａ ｉ ｒ ｖ ｄ ｃ ｎ ｔｎ ｏｔ ｇ ｏ ｔ ｌ ｍａ — ｓｒ ｃ ： ｓ ｄ ｏ ｎ ｓｓ ｇ ｔ ｅ ｗｏ ｋ ｎ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ｍｏ ｅ ｆｓ ｌｒ ｃ ｌ， ｍｐ ｏ ｅ ｏ ｓａ ｔｖ ｌ ｅ ｃ ｎ ｒ ｘ ｌ ｉ ｉ ｃ ａ ｏ
Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ Ｐ ｏｅｔＳ ｐ ｏｔｄ ｂ ｈ ｃ ｎｉｃＲ ｓａｃ ｏ ｎ ａｏ ｆＮ ｊ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｏｔ ａ ｄ ｅ ｃｍ— ｏ ｎ ａｉ ｒｊｃ：ｕ ｐｒ ｙ ｔｅ Ｓｉ ｔｉ ｅｅｒｈ Ｆｕ ｄ ｔｎ ｏ ａ ｉ ｎｖ ｓｙ ｆＰ ｓ ｎ Ｔ ｌ ｏ ｏ ｅ ｅ ｆ ｉ ｎ ｎ ｅ ｉ ｓ ｅ ｍｕ ｉ ｔ ｎ （ ｏＮ ２ １ ） ｎｅ ｉ ｓ Ｎ ．Ｙ １０ ９ ａｏ １
１ 引 言
随 着 光 伏 发 电技 术 的 日渐 成 熟 ，直 接 利 用 太
阳 能 面 板 提 供 电力 的 方 法 已广 泛 应 用 于 人 们 生 产 生活的各个方面。 随着 数 字 芯 片 的应 用 ， 用 于 中 适 大 功 率 光 伏 系 统 的 ＭＰ Ｔ技 术 较 为成 熟 ．如 固定 Ｐ
传 统 的 恒 压 跟 踪 法 （ Ｖ 忽 略 对 太 阳 能 面 Ｃ Ｔ） 板 开 路 电压 的影 响 ，仅 通 过 设 定 正 常 下 太 阳 能 电池 的最 佳 工 作 开 路 电压 来 保 证 太 阳 能 面 板 能 够 输 出最 大 功 率 ， Ｖ Ｃ Ｔ具 有 控 制 简 单 、可 靠 性 高 、 稳 定 性 好 及 易于 实 现 等 优 点 。但 太 阳 能 面 板 一 般 在 野外使用 ， 四季 和 日夜 温 差 变 化 很 大 。 以单 晶硅 太
ｓ ｌ ｒ ｃ ｌ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ ｄｆ ｒ ｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ． ｏ ｔ ｇ ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｇ ｏ Ｐ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｃ ｎ ｂ ｂ ａｎ ｄ ｅ ｅ ｈ ｎ ｏ ａ ｅｌ ｎ ｅ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｓＡｄ ｐ ｉ ｈ ｓ ｎ ｔ ｄ， ｏ ｄ ＭＰ Ｔ ｐ ｒｏｍａ ｃ ａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ｖ ｎ ｗ ｅ ｈ
法 动态 特性 好 ． 济 性能佳 ， 小 功率 、 成本 光伏发 电系统 中具有 较好 的推广 价值 。 经 在 低 关 键 词 ： 伏 发 电 ；最 大 功 率 点 跟 踪 ；负 温 度 系 数 电 阻 光 中 图 分 类 号 ：Ｍ １ Ｔ ６５ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：００ １ ０ ２ １ ）０ Ｏ ６ — ３ １０ — ０ Ｘ（０ ２ １ 一 ０ ０ ０
第４ ６卷 第 １ ０期
２ ２年 ｌ 月 ０１ ０
电 力 电子 技 术
Ｐ ｗ ｒＥｌｃｒ ｎ ｃ ｏ ｅ ｅ ｔ ｉｓ ｏ
Ｖｏ ．６，Ｎｏ１ １ ４ ．０ Ｏｃｏ ｅ ０ ２ ｔｂ ｒ １ ２
宽温度补偿恒压式 ＭＰ Ｔ光伏发 Байду номын сангаас技术的研究 Ｐ
周 岩 ，杨 长 业 ，于长 洋
很 大 变 化 。 图 ｌ ， 出 当 一 定 时 。 同 ｜对 太 ａ ｂ示 不 ｓ
阳能 面 板 输 出 电气特 性 的 影 响 。不 同 Ｊ仅 影 响 最 ｓ
大 输 出 电流 ， 对 开路 电压 的影 响可 忽 略 不 计 。Ｓ 而
问题 。目前 ， 能优 良的小 功 率 光 伏 发 电设 备 价格 性 偏 高 ，限 制 了太 阳能 发 电技 术 在 小功 率 场 合 的 应
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图 ２ 太 阳 能 面 板 典 型 电气 参 数 与 关 系 曲线
Ｆ ｇ ｌ ｔ ｎ ｈｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｓ ｌｒ ｐ ｎ ｌｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ａ ｄ Ｔ ｉ ．２ Ｒｅａｉ ｓ ｉ ｅ ｗ ｅ ｏａ ａ ｅ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉ ｎ ｏ ｓｃ
（ ． 京邮 电大学 ， １南 自动化 学 院，江苏 南京 ２ ０ ４ ；２解放 军理工 大学 ， 象学 院 ，江 苏 南 京 １０ ６ ． 气 ２ １０ ） １ １ １
摘 要 ： 了最 大 限度 的提升太 阳能面板 利用 率 ， 究 了一种 改进 的宽温 度 补偿恒 压式 最大 功率 点跟 踪 （ Ｐ 为 研 ＭＰ Ｔ）
研 究 方向为 电力 电子技 术、 线电能传 输 。 无 ６ ０
具 有 相 同 的 线 性
宽 温 度 补 偿 恒 压 式 ＭＰ Ｔ光 伏 发 电 技 术 的 研 究 Ｐ
１ｋ ／ Ｗ ｍ２ 尸
的 限 流 点 ，使 太 阳 能 面板 的 输 出 电压 保 持 在 期 望 的最 优 工 作 电压 ， 图 ３所 示 。 如
ｔ ｅ ｅ ｖ ｒｎ ｎａ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｉ ａ ｅ ． ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｏ ａ ｏ ｄ ｙ ａ ｃ ｈ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｖ ｒ ｄ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｉ ｒｖ ｄ ｍｅｈ ｄ ｈ ｓ ｇ ｏ ｄ ｎ ｍｉ ｉ ｉ ｌ ｓ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ， ｄ ｈ ｓ ｅ ｃ ｌ ｎ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｐ ｏ ｐ ｃ ｓ ｉ ｏ ｃ ｓ ， ｃ ｏ ｐ ｗ ｒ ｐ ｏｏ ｏｔ ｉ ｅ ｅ ａｉｎ ｓ ｓｅ ｅ ｒ ｎ ｅ ａ ａ ｘ ｅｌ ｔａ ｐ ｉ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔ ｎ ｌｗ ｏ ｔ ｍｉｒ — ｏ ｅ ｈ ｔｖ ｌ ｃ ｇ ｎ ｒ ｔ ｙ ｔ ｍ． ｆ ｎ ｅ ｃ ｏ ａ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｐ ｏ ｏ ｏ ａ ｃ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ；ｍａ ｉ ｍ ｏ ｅ ｏ ｎ ｒｃ ｉ ｇ；ｎ ｇ ｔ ｅ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｏ ｆ ｃｅ ｔｒ ｓｓｏ ｙ ｒ ｓ： ｈ ｔｖ ｈ ｉ ｅ ｅ ａｉ ｏ ｘ ｍｕ ｐ ｗ ｒ ｐ ｉ ｔｔａ ｋ ｎ ｅ ａｉ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｃ ｅ ｉｎ ｅ ｉｔｒ ｖ ｉ
技术 。 通过在 控制 电路 中增加 负温度 系数 （ Ｔ 电阻模拟 最大功 率点 （ Ｐ 电压与温 度变 化 曲线 。 Ｎ Ｃ） ＭＰ ） 功率变 换器 能在 较 宽的温度 变化 范 围内跟踪 太 阳能面板 Ｍ Ｐ Ｐ 。克 服 了传 统恒 电压 ＭＰ Ｔ控 制方 式不 能适应 环境 温度变 化 Ｐ 的缺点 ， 提升 太 阳能面板 利用率 达 ４ ％。功 率变换 器采用 恒定 导通 时间变频 控制环 路 反馈技术 ， 可 ０ 在轻载 时进 入 间歇 工作 模式 ， 工作 周期 仅 为 ２ｍｓ 在重 载时 频率 达到 ３０ｋ ， 顾 了功 率变 换器 的效 率和 体积 。在 １ ， ４ Ｈｚ兼 ２Ｖ 输 入 电压条 件 下 。 功率 变换 器 效率达 ９ ％以上 。与基 于数 字控 制器 的 电导式 、 动 式等 Ｍ Ｐ ０ 扰 Ｐ Ｔ方法 相 比 ， 方 该
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ａ Ｉ ｐｒ ｖ ｄ ｎｓａ ｌａ ｅ Ｍ ＰＰＴ ｅ ｈｏ ｓａ ｃ ｏ ｍ ｏ ｅ Ｃｏ ｔ ｎｔ Ｖｏ ｔ ｇ Ｍ ｔ ｄ ｆ ｒ Ｐｈｏ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎｅ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｖ ｌａ ｃ Ｇｅ ｒ ｔｏ
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跟踪最佳 工作点。
图 ３ 具 有 温 度 补 偿 的 ＭＰ Ｔ控 制 电 路 Ｐ
Ｆ ｇ ｈ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ａｉ ｎ ｃｒ ｕ ｔｗｉ Ｐ ｉ ．３ Ｔ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｅ ｓ ｔ ｉ ｉ ｔ ＭＰ Ｔ ｏ ｃ ｈ
３ 改 进 的 恒 压 式 Ｍ Ｐ Ｔ设 计 方 案 Ｐ
由于 太 阳 能面 板 的 光 电转 换 效 率 低 且 价 格 昂 贵 ，如 何 能 在 不 同 ． ｓ和 下 充 分 利 用 光 伏 阵 列 所
转 换 的 能 量 ， 高 面板 最 大 输 出功 率 ， 直 是 光 伏 提 一
系 统 研 究 的 重 要 方 向。 因此 设 计 电路 时 ， 先 需 要 首 充 分 研 究 太 阳 能 面板 的 工 作 特 性 ．使 其 能很 好 地
越 强 ， 阳 能 面 板 可 输 出 ＭＰ 太 Ｐ越 高 ． ＭＰ 且 Ｐ所 对
应 的输 出 电压 可近 似 认 为 不变 。图 ｌ ， ｃ ｄ示 出 当 ． 定 时 。不 同 对 太 阳 能面 板 输 出 电 气特 性 ｓ一
基 金 项 目 ： 京 邮 电 大 学校 科 研 基 金 资 助 （ Ｙ １０ ９ 南 Ｎ ２１１ ）
需要进一步研究 。 对 于 小功 率光 伏 发 电系 统 ．应 综 合 考 虑 太 阳 能 面 板 利 用 率 、 备 成本 、 用 效 率 和 电 路保 护 等 设 使
征， 随着 光 照 强度 Ｊ和 环 境 温 度 的不 同 ， 阳 能 ｓ 太 面 板 端 电压 、输 出 电流 和 最 大 输 出功 率 都 会 产 生