第3章_太阳能光伏发电最大功率点跟踪技术

压维持恒定控制
功率P
317.3V/9.5 kW，55℃
345.6V/10.5 kW，25℃
345.6V/8.9 kW，55℃
O
电压U
当 光 照 强度 1000W/m2 时 ， 某 光 伏电池组件在25℃下的最大功率 点 为 345.6V/10.5kW ； 当 温 度 变 为 55 ℃ 时 ， 最 大 功 率 点 变 为 317V/9.5kW 。 若 维 持 U=345.6V ，则55℃时的功率为8.9kW，仅 为此时最大功率的93.7%
动态调节步长的改进干扰观测法
设定电压UPV
UPV=UPV+ΔU
检测输出电压Un，输 出电流In
计算Pn （Pn=UnIn）
N
Pn>Pn-1?
Y
ΔU=-ΔU
干扰法的控制流程图
如果功率增加，则说 明电压的改变方向正确， 继续在该方向上按照此步 长变化电压；如果功率减 少，则说明电压的改变方 向错误，在下一控制周期 反向调整参考电压。
由光伏电池特性曲线可知，最大功率点处满足
dPPV dU PV
IPV
dU PV dU PV
UPV
dIPV dU PV
I PV
UPV
dI PV dU PV
0
由上式就可以判断出光伏电池是否工作在最大功率点处。这种
方法控制精确，响应速度快，适用于光照强度不断变换的情况
下，但对传感器的精度要求比较高，因而整个系统的硬件造价
功率P
1000W/m2 800W/m2 600W/m2 400W/m2
功率P
25℃ 35℃ 45℃ 55℃
O
电压U
O
电压U
光伏电池输出特性随光照的变化曲线 光伏电池输出特性随温度的变化曲线
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(maximum power point tracking, MPPT)。
真最大功率点跟踪法（直接）
❖干扰观察法 ❖增量电导法 ❖间歇变步长搜索法 ❖功率步进法 ❖模糊控制方法
➢ 经典的MPPT方法主要有干扰观测法、电导增量法、模糊逻 辑控制、神经元网络控制法、最优梯度法等，以及在这些方 法的基础上，根据实际情况和各种方法的优缺点采用相应的 改进方法，如改进的干扰观测法、变步长的电导增量法等
踪精度低，不能适 MPP，因此会存在 实现复杂
应环境的改变
震荡
MPPT技术的应用
❖在控制精度要求不是特别高的情况下，如 各种独立太阳能路灯、太阳能景观系统等 小功率系统，采用干扰观测法进行MPPT控 制足以满足控制精度，又相对节约硬件投 入。
MPPT技术的应用
❖ 在需要高性能控制场合如MW级大型光伏并网系 统等，系统稳定性和高效性尤为重要，采用高性 能控制应为首位，采用电导增量法、各种优化方 法等较为可取。
（1）干扰观测法 干扰观测法的基本原理是每隔一定的时间增加或者减少光伏电 池输出电压，并观测其后面的输出功率变化方向，从而决定下 一步的控制策略。该方法的优点是控制算法比较简单，对电量 传感器精度要求不高。其缺点为总是在光伏电池最大功率点附 近振荡运行，产生一定的功率损失，另外，跟踪步长的设定难 以兼顾跟踪精度和响应速度，并且有时会出现判断错误现象。
也较高。
方式 工作原理
优点 缺点
MPPT方法比较
恒压法
扰动观察法
电导增量法
把工作电压设置到 固定值
扰动设置工作点电 压，监控功率的增 量来定位MPP
扰动设置工作点电 压，监控工作点出 功率与电压的导数 变化率来定位MPP
实现简单，复杂度 硬件成本低，实现 误判率低，跟踪精
低
算法容易
度高
功率严重浪费，跟 不能判定何时达到 硬件要求高，算法
MPPT控制方法的分类
准最大功率点跟踪法（间接） 真最大功率点跟踪法（直接）
准最大功率点跟踪法（间接）
❖曲线拟合法 ❖查表法 ❖定电压法（CVT） ❖开路电压比例系数法 ❖短路电流比例系数法 ❖有限周期电流扰动法
定电压法（CVT）
➢ 最早出现的光伏功率输出控制方法是定电压（CVT）控制，
即当光照强度或温度发生变化时，始终控制光伏电池输出电
恒电压控制法基本原理 某型光伏电池在不同光照强度下的功率-电压曲线
在一定温度情况下，最大功率点近似分布在同一直线上 ，若采用一垂直直线代替，即为保持恒定电压不变，说明光 伏电池的最大功率输出点大致对应某一恒定电压，可对其进 行等效代替。通过实验测试，可以得到光伏电池在某一日照 强度及温度下的最大功率点的电压值，该电压即可看做最大 功率点处的工作电压Um。因此恒电压控制法的控制思想就是 将系统输出电压稳定控制在特定值Um处
MPPT技术的应用
❖系统动稳态响应要求均较高，动态响应对 系统稳定性有重要意义，稳态性能直接影 响输出功率大小，长期运行效益明显。
MPPT技术在应用中存在的问题
（1）误跟踪现象 大多数MPPT算法仅采集光伏电池的电压和电流，并基于扰动 观察的思想进行跟踪，但是无从得知光伏电池输出功率的变化 是由扰动还是由外界环境的变化而引起的，所以当环境变化较 快时，容易发生误跟踪现象。解决方案主要有以下几类： ① 根据环境进行开环控制； ② 使算法扰动带来的功率变化大于环境变化带来的功率变化； ③ 辨识和补偿环境变化带来的功率变化；
第3章 最大功率点跟踪技术
主要内容
MPPT技术的简介 MPPT控制方法的分类
MPPT在应用存在的问题
MPPT技术的简介
光伏阵列输出特性具有非线性特征，其输出受光照强度、 环境温度和负载情况影响。在一定的光照强度和环境温度下， 光伏电池可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电 压值时，光伏电池的输出功率才能达到最大值，这时光伏电池 的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功 率点 (Maximum Power Point ，MPP)。
（2）增量电导法
增量电导法是通过调整工作点的电压，逐渐接近于
最大功率点的电压。 由P-V曲线知： 在最大功率点处， 功率对电压的导数为0
输出功率（W）
最大功率点
300
250 200
dPPV 0
dPPV 0 dU PV
dU PV 150
dPPV 0 dU PV
100
50
பைடு நூலகம்
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 输出电压（V）