最大功率跟踪原理及控制方法

最大功率跟踪原理及控制方法

2.1最大功率跟踪原理

太阳能电池的输出特性如图一所示，从图中的P/V特性曲线可以看出，随着端电压的增加输出功率先增加后减小，说明存在一个端电压值，在其附近可获得最大功率，因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率,一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点,使之始终工作在最大功率点附近,这一过程就称之为最大功率点跟踪-MPPT。

图一光伏电池的特性曲线

2.2 最大功率跟踪的控制方法

MPPT的控制方法：光伏系统中的最大功率点跟踪的控制方法很多，使用最多的是自寻优的方法，即系统不直接检测光照和温度，而是根据光伏电池本身的电压电流值来确定最大功率点。这种方法又叫做TMPPT(True Maximum Power Point Tracking)。在自寻优的算法中，最典型的是扰动观察法和增量电导法。本论文使用扰动观察法，扰动观察法主要根据光伏电池的P-V特性，通过扰动端电压来寻找MPPT，其原理是周期性地扰动太阳能电池的工作电压值( ),再比较其扰动前后的功率变化，若输出功率值增加，则表示扰动方向正确，可朝同一方向(+ )扰动；若输出功率值减小，则往相反(- )方向扰动。通过不断扰动使太阳能电池输出功率趋于最大，此时应有[8]。此过程是由微处理器即C8051F320控制完成的。

3、系统的总体结构

3.1系统的结构图

系统的结构图如图二所示。其中单片机要采集太阳能电池的输出电压和输出电流及蓄电池的充电电流和开路电压，通过一定的控制算法（即改变占空比），调节太阳能电池的输出电压和电流，从而实现太阳能电池在符合马斯曲线的条件下以最佳功率对蓄电池充电，系统的硬件主要由核心控制模块、采样模块、驱动模块、升压式DC/DC变换器模块组成。

图二系统结构图

本课题选用单片机C8051F320，利用C8051F320产生PWM，进而实现最佳功率充电。C8051F320的可编程计数器/定时器阵列PCA0由一个专用的16位计数器/定时器和5个16位捕捉/比较模块组成。每个捕捉/比较模块有其自己的I/O线，系统在这里选择PCA的模块0和模块1，每个模块的工作方式是8位脉冲宽度调制器方式，占空比由式（1）给出。

（1）

由式（1）可知，当PCA0CPHn=0时占空比最大为100%，当PCA0CPHn=0xFF时占空比最小为0.39%。可以通过清‘0’ECOMn位产生0%的占空比【9】。

3.2系统的流程图

系统的流程图如图三所示。在蓄电池充电之前先检查蓄电池当前容量C，如果C小于额定容量的30﹪，就要切断负载向上位机发送警告信号，防止蓄电池过度放电。如果C大于额定容量的30﹪，那么就要采集蓄电池的充电电流，如果符合当前马斯曲线所对应的最佳充电电流即最大充电电流时，便可以此电流对蓄电池充电；如果大于时，要调整占空比，使趋近于；如果小于时，这时要调整占空比，如果趋近于，则以此电流充电，否则，就要以最大功率所对应的电流对蓄电池充电。

系统流程图图三

4、实验结果

本实验的太阳能电池在标准测试条件下的额定峰值功率为36W，开路电压为21.5V，经实验，得到直接对蓄电池充电和采用MPPT算法充电在不同条件下测得的充电电流，实验表明，采用了MPPT充电控制器以后，在相同的外界条件下，太阳能电池的充电功率比直接充电有了明显的提高。

表一对比实验结果

参考文献

【1】Bimal K. Bose. Energy, Environment, and Advances in Power, IEEE. Trans. Power Electron, 2000(15):688-701

【2】裴郁．我国可再生能源发展战略研究[ D].辽宁:辽宁师范大学硕士学位论文.2004:5 【3】张瑞宁，石新春.独立光伏系统最大功率跟踪控制器的实现[J].电源技术研究与实现，2008(7)：468-471.

【4】周志敏，周记海，纪爱华.充电器电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2005. 【5】吴春华，张翼，肖鹏等.一种光伏独立发电控制系统[J].上海大学学报，2008(4)：359-363. 【6】郑诗程，刘伟，葛芦生.具有TMPPT功能的太阳能光伏充电系统研究[J],电子测量与仪器学报，2008,22(3)：11-15.

【7】中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会. 中国光伏发电的技术现状及展望[J]. 可再生能源，2002(3)：5-8.

【8】闫妍.智能型多用途太阳能供电系统[J].辽宁：辽宁工学院，2007：9-10，21-22. 【9】新华龙公司.C8051F320/1混合信号ISP FLASH微控制器数据手册[J].潘琢金，译.2004：203-215.

作者简介

韩文颖，女，硕士，内蒙古工业大学工程训练中心教师。

赵明君，男，硕士，长治供电分公司继电保护所。

孙万利，男，硕士，内蒙古工业大学工程训练中心教师。

韩萍，女，学士，长治供电分公司继电保护所。

逆变器的原理及其在光伏发电系统中的应用

2012-05-15 08:45:38 来源：电子工程网评论：0点击：480

目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。

中国太阳能光伏网讯：目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同（如１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ等），很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外，光伏发电最终将实现并网运行，这就必须采用成熟的市场模式，今后交流光伏发电系统必将成为光伏发电的主流。光伏发电系统对逆变电源的要求采用交流电力输出的光伏发电系统，由光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变器四部分组成（并网发电系统一般可省去蓄电池），而逆变器是关键部件。光伏发电系统对逆变器要求较高：

１．要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。

２．要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等。

３．要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如１２Ｖ蓄电池，其端电压可在１０Ｖ～１６Ｖ之间变化，这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。

４．在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的要求，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免与公共电网的电力污染，也要求逆变器输出正弦波电流。逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变器，由于直流母线电压较高，交流输出一