王鵬

摘要：隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求越來越大，但是地球上的能源資源是有限的，那么人們就開始利用太陽能資源。傳統(tǒng)的單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，因?yàn)橹挥幸患壞芰孔儞Q系統(tǒng)，那么在光伏陣列輸出功率的影響，就會(huì)改變電網(wǎng)的功率，而很多的因素都會(huì)影響到光伏陣列的輸出功率，那么就需要對光伏陣列的工作點(diǎn)進(jìn)行良好控制。本文簡要分析了基于無源控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT技術(shù)，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

關(guān)鍵詞：無源控制；光伏發(fā)電系統(tǒng)；MPPT技術(shù)

1 前言

在單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，對逆變器控制系統(tǒng)提出了很高的要求，不僅需要并網(wǎng)控制，還需要跟蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn)，以此才可以促使系統(tǒng)的整體效率得到提高，對太陽能資源進(jìn)行充分的利用。本文將基于歐拉-拉格朗日模型的無源功率控制策略應(yīng)用到逆變器中，以此來有效控制輸出的有功功率和無功功率。同時(shí)，為了促使光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤得以實(shí)現(xiàn)，也就是MPPT技術(shù)，我們有機(jī)結(jié)合了MPPT算法和無源功率控制理論。如果將開關(guān)損耗以及線路損耗給忽略掉，那么結(jié)合光伏直流側(cè)和逆變器輸出側(cè)的功率平衡原理，要想對光伏陣列的工作點(diǎn)進(jìn)行改變，只需要對逆變器輸出側(cè)的有功功率進(jìn)行調(diào)整即可。因此，為了促使跟蹤最大功率點(diǎn)的目的得以達(dá)到，就可以通過對MPPT模塊的輸出功率進(jìn)行改變，對逆變器輸出側(cè)有功功率的期望值進(jìn)行設(shè)定。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

光伏發(fā)電系統(tǒng)指的是利用光伏電池來對太陽輻射能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其轉(zhuǎn)換為電能。在整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，非常核心的部件就是光伏電池，它將光生伏打效應(yīng)給充分利用了起來，如果光伏電池上受到了太陽光的照射，光能就會(huì)被電池所吸收，促使光生電子-空穴對產(chǎn)生。電池內(nèi)建電場會(huì)分離光生電子和空穴，促使有異號電荷積累出現(xiàn)于電池兩端，促使光生電壓得到實(shí)現(xiàn)。如果將電極引出于內(nèi)建電場兩側(cè)，并且將負(fù)載接上去，那么因?yàn)橛泄馍娏魍ㄟ^于負(fù)載上，成功輸出功率，這樣就直接將太陽能轉(zhuǎn)換為了光能。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：本文主要介紹了最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，這種技術(shù)指的是如果改變了光照強(qiáng)度和溫度等外界條件，那么為了促使陣列能夠始終在最大功率點(diǎn)上工作，系統(tǒng)就對光伏陣列的輸出電壓、電力以及其他物理量等進(jìn)行控制和改變，這樣輸出的就可以是最大功率的光伏陣列。因?yàn)闀r(shí)間的不同，會(huì)改變環(huán)境參數(shù)，如光照強(qiáng)度等，那么光伏陣列工作就無法在最大功率點(diǎn)處保持下來，促使光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率得到降低，電能得到較大程度的建好。因此，就需要研究MPPT技術(shù)，以此來與周圍環(huán)境的變化相適應(yīng)，促使光伏陣列的最大輸出功率獲取到，實(shí)現(xiàn)光伏陣列利用率提高的目的。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤

通過實(shí)踐研究表明，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，除了光伏電池的內(nèi)部特性會(huì)影響到光伏電池的利用率，外界環(huán)境因素也會(huì)對其產(chǎn)生較大程度的影響，如光照強(qiáng)度、溫度、負(fù)載等等；那么就需要應(yīng)用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，以此來促使光伏電池適應(yīng)不斷變化的外界環(huán)境條件，促使光伏電池在最大功率點(diǎn)上運(yùn)行；最大限度的將光能轉(zhuǎn)換為電能，促使太陽能資源得到充分利用。

（1）光伏電池的輸出特性

設(shè)光伏電池的開爐電壓、短路電流以及最大功率點(diǎn)電壓和最大功率點(diǎn)電流等參數(shù)都是已知的，那么就可以結(jié)合相關(guān)軟件，來進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的搭建工作。如下圖所示：

對光照強(qiáng)度和溫度值進(jìn)行改變，利用模型來進(jìn)行仿真，那么就可以得出光伏電池輸出功率所受到不同光照強(qiáng)度和溫度的影響。如果溫度是不變的，那么光伏電池的開路電壓在光照強(qiáng)度的變化下，并沒有受到較大的影響，而在增強(qiáng)光照強(qiáng)度的過程中，會(huì)明顯增大短路電流。如果光照強(qiáng)度是固定的，那么光伏電池的開路電壓就會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生改變，并且它對溫度之間呈反比的關(guān)系，短路電流受到溫度的影響不太顯著，但是也有一些微弱的變化存在。

（2）傳統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤算法

結(jié)合相關(guān)的電路原理我們可以得知，如果光伏電池有著相等的輸出阻抗和負(fù)載阻抗，那么光伏電池就可以獲得最大的輸出功率。從實(shí)質(zhì)上來講，光伏電池的MPPT過程，其實(shí)就是它的輸出阻抗和負(fù)載阻抗。因?yàn)榄h(huán)境因素會(huì)在較大程度上影響到光伏電池的輸出阻抗，因此，要想實(shí)現(xiàn)光伏電池的MPPT控制，就可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗，使其對光伏電池的輸出阻抗進(jìn)行跟蹤。通常情況下，可以將傳統(tǒng)的MPPT方法劃分為兩大類，分別是開環(huán)和閉環(huán)，這種劃分依據(jù)是判斷方法和準(zhǔn)則的不同，開環(huán)MPPT方法依據(jù)的是光伏電池輸出特性曲線在光照強(qiáng)度、溫度以及負(fù)載等因素影響下所呈現(xiàn)的規(guī)律，如恒定電壓法等。閉環(huán)MPPT方法在跟蹤最大功率點(diǎn)方面，則是通過實(shí)時(shí)測量光伏電池輸出電壓和電流值來實(shí)現(xiàn)的，如擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法等等。

（3）基于功率控制的最大功率點(diǎn)跟蹤算法

傳統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤算法，在跟蹤最大功率點(diǎn)時(shí)，在控制量方面，選擇的是光伏電池的輸出電壓，那么在判定的過程中，就需要將光伏電池的輸出特性給充分納入考慮范圍，以此來對控制量的變化方向進(jìn)行考慮，實(shí)現(xiàn)起來存在著較大的難度。同時(shí)，如果沒有合理的設(shè)置電壓初始值，將會(huì)影響到系統(tǒng)的輸出功率。那么就需要對其進(jìn)行簡化，本優(yōu)化算法的基本思想沒有改變，依然是如果關(guān)系式dp/dV=0得到了滿足，那么就說明光伏電池在最大功率點(diǎn)上工作，如果不滿足，就說明光伏電池沒有在最大功率點(diǎn)上工作，那么為了跟蹤最大功率點(diǎn)，就需要增加功率。具體來講，本算法的實(shí)現(xiàn)流程如下圖所示：

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，可以有兩種功率控制方法，一種是控制并網(wǎng)逆變器的輸入?yún)?shù)，另一種則是控制并網(wǎng)逆變器的輸出參數(shù)，前者指的是對逆變器輸入側(cè)光伏電池的輸出電壓和電流進(jìn)行直接檢測，對光伏電池的輸出功率進(jìn)行計(jì)算，在對光伏電池的最大功率點(diǎn)進(jìn)行尋找時(shí)，采用的是功率繞道尋優(yōu)的方法。后者指的是不將逆變器開關(guān)損耗和線路損耗納入考慮范圍，將功率原理給利用起來，在對光伏電池最大功率點(diǎn)進(jìn)行尋找時(shí)，利用的是并網(wǎng)逆變器網(wǎng)側(cè)輸出功率擾動(dòng)方法。

4 結(jié)語

通過上文的敘述分析我們可以得知，在如今能源資源日趨緊張的狀況下，太陽能資源受到了社會(huì)的普遍重視；出現(xiàn)了大量的光伏發(fā)電系統(tǒng)，在本系統(tǒng)中，最為關(guān)鍵的部分就是光伏電池，要想促使系統(tǒng)的整體效率得到提高，對太陽能資源充分利用，就需要對光伏電池的工作點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，促使其能夠工作于最大功率點(diǎn)，以此來向后級并網(wǎng)逆變器提供更多的輸出功率。本文主要研究了基于無源控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT技術(shù)，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

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