第五章：最大功率点跟踪控制
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constant voltage tracking
5.1.1恒电压控制的原理与实现 5.1.2 恒电压控制的不足 5.1.3 改进的CVT法
恒电压控制简介
在光伏控制技术上，MPPT控制方法有很多种， 目前市场上常用的是使用CVT(恒定电压跟踪)控 制技术的控制器，因为CVT法较为简单，制造相 对也容易。 缺点：但是此种控制技术带来了较为严重的功 率损失，相对于光伏电池价格的高昂以及电力 电子技术的日益发展，显得很不经济实用。
5.1.2 恒压控制的不足
（a) 温度变化时
(b)日照强度变化时
不同条件下光伏电池的功率—电压特性 从图中可以看出：日照强度强度对最大功率点电压影响不大， 但是温度变化会使最大功率点对应电压差别比较大。
（1）温度变化会使最大功 率点对应电压差别比较大。 （2）甚至有可能随着温度 的升高，系统预先设计的工 作电压和伏安曲线没有交点， 系统将会产生振荡。
2.功率数字模型法
功率数字模型法是建立功率对占空比的数字模型， 当日射量和温度有变化时要重新求得数字模型的参 数，通过改变占空比达到最大功率点。因为是用4 次方程定义功率对占空比的特性曲线，所以有一定 的近似程度。
最大功率点跟踪（MPPT） maximum power point
tracking
在光伏发电系统中，当光照强 度、环境温度发生变化时, 通过改变 在一定的光照强度和环境温度下， 光伏阵列所带的等效负载， 电阻不同时，光伏电池可以有不 调节光伏阵列的工作点，使 同的输出电压。但是只有在某一输 之始终工作在最大功率点附 出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达 近，这个过程称为最大功率 到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了 输出功率-电压 曲线的最高点，称之为最大 点跟踪（maximum power 功率点（MMP). point tracking， MPPT )
5.1.1.恒电压控制的原理与实现
忽略温度效应时，光伏电 池在不同光照强度下的最 大功率输出点电压Um基本 恒定，这样只要在光伏阵列 和负载之间通过一定的阻 抗变换，控制系统的工作 点电压稳定在Um附近，就 基本能保证电池工作在最 大功率点，从而实现最大 功率点跟踪。 恒电压控制是一种近似的最大功率跟踪（MPPT）控制。
第五章 光伏阵列最大功率点跟踪
1.自动追光系统可 以使电池板始终正 对太阳 2.最大功率点跟踪 是通过改变负载电 阻大小来影响输出 功率. 自动追光系统与最大功率点跟踪不同：
不同照度下和不同温度下光伏阵列的伏安特性曲线
太阳能电池板伏安特性曲线
光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出受 环境(主要包括日照强度，温度)和负载情况影响。
对于那些一年四季或者每天 晨午温差比较大的地区，温 度对整个光伏阵列的输出将 会产生比较大的影响，如果 仍然采用CVT控制策略就只 能通过降低系统的效率来保 证其稳定性。
无交点
5.1.3.改进的CVT法
为了克服使用场合季节、早晚时间以及天气情况和环 境温度变化对系统的影响，可以通过以下几种方法消 弱恒电压控制的不足；
CVT方法的应用前景
采用CVT代替MPPT控制，由于其良好的 可靠性和稳定性，目前在光伏系统中仍被较 多使用。随着光伏发电系统中数字信号处理 技术的应用，CVT方法逐渐被新方法取代。
5.2.最大功率点跟踪Fra Baidu bibliotek制
5.4 现代最大功率点跟踪方法
与上页论述差不多，可作 为参考
在接入光伏发电系统之后，由 汇编语言的控制，对电路实行 最大功率跟踪控制。设定一定 得占空比，测量目前功率p0， 并加入扰动产生电流电压变化， 利用电压电流传感器测得此时 的u1，i1，并计算出p1=u1*i1。 对p0，p1，进行比较，若p1大 于p0，则说明扰动是让系统向 其最大功率输出方向变动，则 继续这种扰动，反之，则改变 扰动方式，通过MPPT控制，送 出这时的控制信号，再对比这 次扰动前后的功率值，循环进 行下去，直至系统功率值在某 一点左右变化为止。
1. 手工调节：手动调节电位器，在不同季节给出对应的Umax。
2.根据温度查表调节：事先将特定光伏阵列在不同温度下测得 最大功率点电压Umax值储存在控制器中。实际运行时，控制 器根据检测光伏阵列的温度，选择合适的Umax值。 3.参考电池方法：在光伏发电系统中增加一块与光伏阵列相同特 性的较小光伏电池模块，检测其开路电压，按固定系数计算得 到当前最大功率点电压Umax。（把工作电压设为开路电压的76%）
本章结束
占空比(Duty Ratio
在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与 脉冲总周期的比值。
Qq邮箱： 太阳能应用技术 2818783371@qq.com
太阳能电池阵的特性
当光伏阵列输出电压比较小 时，随着电压的变化，输出 电流变化很小，光伏阵列类 似为一个恒流源；当电压超 过一定的临界值继续上升时， 电流急剧下降，此时的光伏 阵列类似为一个恒压源。光 伏阵列的输出功率则随着输 出电压的升高有一个输出功 率最大点。最大功率跟踪器 的作用是在温度和辐射强度 都变化的环境里，通过改变 光伏阵列所带的等效负载， 调节光伏阵列的工作点，使 光伏阵列工作在输出功率最 大点。
图4-A中五条曲线的MPP趋势与图3-A中的MPP趋势相反；这是由于图 4-A的实测条件下，随着光照增强同时温度也在增加，使得PV组件的 开路电压UOC随温度升高而降低所致。
恒电压控制的原理详述
光伏阵列在不同光照强度 下的最大功率输出点 a‘,b’,c‘,d’和e‘总 是近似在某一个恒定的电 压值附近。 假如曲线L为负载特性曲 线，a、b、c、d和e为相 应光照强度下直接匹配时 工作点。显然，如果采用 直接匹配，其阵列的输出 功率比较小。
图1 输出功率曲线与负载
MPPT算法简介
常用的MPPT算法有恒压法、扰动观察法、电导增量法等。它们 的工作原理及优缺点如下表所示。
方式 工作 原理
改进的恒压法
断开PV阵列的负载并 测量开路电压,然后把 工作电压设为开路电 压的76% 实现简单，复杂度低 跟踪精度低，不能适 应环境的改变；功率 浪费严重
当忽略温度效应时，硅 型光伏阵列的输出特性
5.3最大功率点跟踪控制
太阳能电池的最大功率点跟踪控制是为充分利用太 阳能，使太阳能电池始终输出最大电功率的控制， 有登山法、功率数字模型法等。 1. 登山法是最常用的控制法，通常的登山法是在 最大功率点附近逐点计算、比较功率值来寻找最大 功率点。当日射强度和温度急剧变化时，太阳能电 池的输出特性也会有相应的变化，这就造成最大功 率点的快速跟踪难以实现。
扰动观察法
扰动PV阵列工作 点的电压,并监 控功率的增量来 定位MPP
电导增量法
扰动PV阵列工作点的 电压，并监控工作点 电导和电导变化率之 间的关系来定位MPP
优点 缺点
硬件成本低，实 误判率低，跟踪精度 现其算法容易 高 不能判定何时达 硬度要求高，算法实 到MMP,因此会 现复杂 存在震荡
5.1.恒电压控制（CVT)
5.1.1恒电压控制的原理与实现 5.1.2 恒电压控制的不足 5.1.3 改进的CVT法
恒电压控制简介
在光伏控制技术上，MPPT控制方法有很多种， 目前市场上常用的是使用CVT(恒定电压跟踪)控 制技术的控制器，因为CVT法较为简单，制造相 对也容易。 缺点：但是此种控制技术带来了较为严重的功 率损失，相对于光伏电池价格的高昂以及电力 电子技术的日益发展，显得很不经济实用。
5.1.2 恒压控制的不足
（a) 温度变化时
(b)日照强度变化时
不同条件下光伏电池的功率—电压特性 从图中可以看出：日照强度强度对最大功率点电压影响不大， 但是温度变化会使最大功率点对应电压差别比较大。
（1）温度变化会使最大功 率点对应电压差别比较大。 （2）甚至有可能随着温度 的升高，系统预先设计的工 作电压和伏安曲线没有交点， 系统将会产生振荡。
2.功率数字模型法
功率数字模型法是建立功率对占空比的数字模型， 当日射量和温度有变化时要重新求得数字模型的参 数，通过改变占空比达到最大功率点。因为是用4 次方程定义功率对占空比的特性曲线，所以有一定 的近似程度。
最大功率点跟踪（MPPT） maximum power point
tracking
在光伏发电系统中，当光照强 度、环境温度发生变化时, 通过改变 在一定的光照强度和环境温度下， 光伏阵列所带的等效负载， 电阻不同时，光伏电池可以有不 调节光伏阵列的工作点，使 同的输出电压。但是只有在某一输 之始终工作在最大功率点附 出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达 近，这个过程称为最大功率 到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了 输出功率-电压 曲线的最高点，称之为最大 点跟踪（maximum power 功率点（MMP). point tracking， MPPT )
5.1.1.恒电压控制的原理与实现
忽略温度效应时，光伏电 池在不同光照强度下的最 大功率输出点电压Um基本 恒定，这样只要在光伏阵列 和负载之间通过一定的阻 抗变换，控制系统的工作 点电压稳定在Um附近，就 基本能保证电池工作在最 大功率点，从而实现最大 功率点跟踪。 恒电压控制是一种近似的最大功率跟踪（MPPT）控制。
第五章 光伏阵列最大功率点跟踪
1.自动追光系统可 以使电池板始终正 对太阳 2.最大功率点跟踪 是通过改变负载电 阻大小来影响输出 功率. 自动追光系统与最大功率点跟踪不同：
不同照度下和不同温度下光伏阵列的伏安特性曲线
太阳能电池板伏安特性曲线
光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出受 环境(主要包括日照强度，温度)和负载情况影响。
对于那些一年四季或者每天 晨午温差比较大的地区，温 度对整个光伏阵列的输出将 会产生比较大的影响，如果 仍然采用CVT控制策略就只 能通过降低系统的效率来保 证其稳定性。
无交点
5.1.3.改进的CVT法
为了克服使用场合季节、早晚时间以及天气情况和环 境温度变化对系统的影响，可以通过以下几种方法消 弱恒电压控制的不足；
CVT方法的应用前景
采用CVT代替MPPT控制，由于其良好的 可靠性和稳定性，目前在光伏系统中仍被较 多使用。随着光伏发电系统中数字信号处理 技术的应用，CVT方法逐渐被新方法取代。
5.2.最大功率点跟踪Fra Baidu bibliotek制
5.4 现代最大功率点跟踪方法
与上页论述差不多，可作 为参考
在接入光伏发电系统之后，由 汇编语言的控制，对电路实行 最大功率跟踪控制。设定一定 得占空比，测量目前功率p0， 并加入扰动产生电流电压变化， 利用电压电流传感器测得此时 的u1，i1，并计算出p1=u1*i1。 对p0，p1，进行比较，若p1大 于p0，则说明扰动是让系统向 其最大功率输出方向变动，则 继续这种扰动，反之，则改变 扰动方式，通过MPPT控制，送 出这时的控制信号，再对比这 次扰动前后的功率值，循环进 行下去，直至系统功率值在某 一点左右变化为止。
1. 手工调节：手动调节电位器，在不同季节给出对应的Umax。
2.根据温度查表调节：事先将特定光伏阵列在不同温度下测得 最大功率点电压Umax值储存在控制器中。实际运行时，控制 器根据检测光伏阵列的温度，选择合适的Umax值。 3.参考电池方法：在光伏发电系统中增加一块与光伏阵列相同特 性的较小光伏电池模块，检测其开路电压，按固定系数计算得 到当前最大功率点电压Umax。（把工作电压设为开路电压的76%）
本章结束
占空比(Duty Ratio
在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与 脉冲总周期的比值。
Qq邮箱： 太阳能应用技术 2818783371@qq.com
太阳能电池阵的特性
当光伏阵列输出电压比较小 时，随着电压的变化，输出 电流变化很小，光伏阵列类 似为一个恒流源；当电压超 过一定的临界值继续上升时， 电流急剧下降，此时的光伏 阵列类似为一个恒压源。光 伏阵列的输出功率则随着输 出电压的升高有一个输出功 率最大点。最大功率跟踪器 的作用是在温度和辐射强度 都变化的环境里，通过改变 光伏阵列所带的等效负载， 调节光伏阵列的工作点，使 光伏阵列工作在输出功率最 大点。
图4-A中五条曲线的MPP趋势与图3-A中的MPP趋势相反；这是由于图 4-A的实测条件下，随着光照增强同时温度也在增加，使得PV组件的 开路电压UOC随温度升高而降低所致。
恒电压控制的原理详述
光伏阵列在不同光照强度 下的最大功率输出点 a‘,b’,c‘,d’和e‘总 是近似在某一个恒定的电 压值附近。 假如曲线L为负载特性曲 线，a、b、c、d和e为相 应光照强度下直接匹配时 工作点。显然，如果采用 直接匹配，其阵列的输出 功率比较小。
图1 输出功率曲线与负载
MPPT算法简介
常用的MPPT算法有恒压法、扰动观察法、电导增量法等。它们 的工作原理及优缺点如下表所示。
方式 工作 原理
改进的恒压法
断开PV阵列的负载并 测量开路电压,然后把 工作电压设为开路电 压的76% 实现简单，复杂度低 跟踪精度低，不能适 应环境的改变；功率 浪费严重
当忽略温度效应时，硅 型光伏阵列的输出特性
5.3最大功率点跟踪控制
太阳能电池的最大功率点跟踪控制是为充分利用太 阳能，使太阳能电池始终输出最大电功率的控制， 有登山法、功率数字模型法等。 1. 登山法是最常用的控制法，通常的登山法是在 最大功率点附近逐点计算、比较功率值来寻找最大 功率点。当日射强度和温度急剧变化时，太阳能电 池的输出特性也会有相应的变化，这就造成最大功 率点的快速跟踪难以实现。
扰动观察法
扰动PV阵列工作 点的电压,并监 控功率的增量来 定位MPP
电导增量法
扰动PV阵列工作点的 电压，并监控工作点 电导和电导变化率之 间的关系来定位MPP
优点 缺点
硬件成本低，实 误判率低，跟踪精度 现其算法容易 高 不能判定何时达 硬度要求高，算法实 到MMP,因此会 现复杂 存在震荡
5.1.恒电压控制（CVT)