侯聰玲

摘要：本文針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中最大功率跟蹤技術(shù)，提出了5種方法，并對(duì)每種方法進(jìn)行了詳細(xì)分析和比較。

關(guān)鍵詞：先伏發(fā)電；最大功率跟蹤；溫度；光強(qiáng)

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2018）012-0361-01

一、引言

隨著環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到重視，使用新型能源已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。太陽(yáng)能取之不盡、用之不竭，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)在新型綠色能源中得到了快速發(fā)展。光伏發(fā)電是太陽(yáng)能光伏利用的主要發(fā)展趨勢(shì)。但光伏發(fā)電系統(tǒng)的費(fèi)用較高，發(fā)電效率低成為制約其發(fā)展的重要因素。目前，最大功率跟蹤技術(shù)（Maximum Power Point Tracking（MPPT））成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，是提高效率的最有效方式之一。

二、光伏發(fā)電中太陽(yáng)能電池的特性

太陽(yáng)能電池是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷浒l(fā)電受氣候條件影響，輸出功率隨溫度、太陽(yáng)光強(qiáng)變化而變化，具有非線性特點(diǎn)。

太陽(yáng)能電池的電路和等效電路如圖（1），其中，太陽(yáng)能電池等效電路由4部分組成：I_SC代表電池的光電流，R_j代表p-n結(jié)的非線性電阻，串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻R_sh。R_L是電池的外負(fù)載電阻，當(dāng)R_L=0時(shí)，所測(cè)的電流是電池的短路電流I_SC一般來(lái)說(shuō)，短路電流密度隨照射到硅太陽(yáng)能板上的光強(qiáng)的增加成正比例的增加。

圖（2）分別是太陽(yáng)能電池的電流-電壓特性（I-V特性），圖（3）是功率-電壓（P-V特性）。圖（2）顯示了通過(guò)太陽(yáng)能電池陣列傳送的電流和電壓在特定的太陽(yáng)輻照度條件下的關(guān)系。L代表負(fù)載曲線，與太陽(yáng)電池陣列的伏安特性曲線的交點(diǎn)A即為光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)。曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)為太陽(yáng)能電池陣列的開(kāi)路電壓，與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為太陽(yáng)能電池的短路電流。Pm太陽(yáng)能電池陣列在一定的溫度和輻射條件下，輸出的最大功率。這點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)Vm，縱坐標(biāo)Im分別為在最大功率輸出時(shí)的最佳工作電流和最佳工作電壓。只有當(dāng)外電路的電阻和太陽(yáng)能電池陣列的內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載上才能獲得最大功率。

三、光伏發(fā)電中最大功率跟蹤技術(shù)

（一）最大功率跟蹤技術(shù)的必要性

太陽(yáng)能發(fā)電的低效率、高成本依舊是制約人們開(kāi)展大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電的主要原因。其中一個(gè)原因是光伏發(fā)電的輸出特性是非線性，其輸出功率的大小會(huì)隨著光照條件、溫環(huán)境度情況變化而變化。如果沒(méi)有控制器專門跟隨最大功率，系統(tǒng)效率將會(huì)較低。

（二）最大功率跟蹤技術(shù)的方法研究

1.恒定電壓法

恒定電壓法比較容易實(shí)現(xiàn)，具有較高的實(shí)際應(yīng)用和研究?jī)r(jià)值。由于光伏電池板輸出功率在不同光照下的最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓相差很小，可以設(shè)定光伏電池輸出電壓為一個(gè)固定電壓值進(jìn)行發(fā)電，通過(guò)調(diào)節(jié)DC-DC電壓變換電路的PWM，使光伏電池近似工作在最大功率點(diǎn)。這種方法缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮溫度改變和光照強(qiáng)度的改變對(duì)光伏電池最大功率點(diǎn)產(chǎn)生的不同結(jié)果。

2.擾動(dòng)觀察法

擾動(dòng)觀察法的主要原理：首先測(cè)量當(dāng)前光伏陣列的輸出功率，然后在輸出電壓上疊加一個(gè)較小的變化，增加或者減少輸出電壓。這種較小的變化成為“擾動(dòng)”。經(jīng)過(guò)不斷擾動(dòng)，光伏陣列的工作電壓逐漸逼近最大功率點(diǎn)，從而最終工作在最大功率點(diǎn)附近。

擾動(dòng)觀察法的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)參數(shù)較少，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：擾動(dòng)步長(zhǎng)的選取很關(guān)鍵，如果擾動(dòng)步長(zhǎng)太小，尋找最大功率點(diǎn)速度較慢；擾動(dòng)步長(zhǎng)太大，跟蹤誤差隨之增加，同時(shí)功率損耗也將變大。

3.電導(dǎo)增量法

電導(dǎo)增量法是研究和應(yīng)用較為廣泛的方法。光伏系統(tǒng)輸出功率公式P=VI，對(duì)其微分可得

當(dāng)dP/dV=0時(shí)，即可以找到最大功率點(diǎn)。當(dāng)dP/dV>0時(shí)，光伏系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)；當(dāng)dP/dV<0時(shí)，光伏系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)右側(cè)。電導(dǎo)增量法算法實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，對(duì)硬件要求較高，特別是處理器的速度和傳感器的精度，增加了硬件電路的復(fù)雜性和系統(tǒng)的成本。

4.模糊控制法

光伏電池輸出特性就是非線性的，其輸出電壓和電流都隨著光照強(qiáng)度的改變和溫度的變化而隨之改變。而模糊控制法是一種針對(duì)非線性系統(tǒng)提出的控制算法。因此，將模糊控制算法應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以較好地跟蹤最大功率。

模糊控制法主要分為模糊化、模糊推理、反模糊化這三個(gè)步驟。第一步：模糊化，將系統(tǒng)的輸入輸出變量轉(zhuǎn)換成模糊控制器所能識(shí)別的輸入量；第二步：模糊規(guī)則運(yùn)算，將專業(yè)人士所得的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換成模糊控制器的規(guī)則，用來(lái)判斷、運(yùn)算的規(guī)則；第三步：反模糊化，將模糊控制所得到的模糊運(yùn)算值轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)的輸出控制信號(hào)。

5.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法也是一種比較新穎的高級(jí)人工智能算法，是在現(xiàn)代生物學(xué)研究人類大腦成果的前提下，提出讓非生物設(shè)備模擬人腦思維方式進(jìn)行活動(dòng)的智能算法。光伏發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)路電壓、短路電流、溫度、光照強(qiáng)度都可以作為輸入信號(hào)，系統(tǒng)輸出信號(hào)則是經(jīng)過(guò)計(jì)算得出的最優(yōu)解，如輸出電壓、輸出電流、或者PWM占空比大小等。

四、結(jié)語(yǔ)

最大功率跟蹤（MPPT）技術(shù)一直是光伏發(fā)電系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文介紹的5種方法具有一定的參考價(jià)值和研究意義。