光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制策略研究

王坦坦 孫樹敏 萬(wàn)德超 趙其浩

摘 要：隨著能源枯竭與環(huán)境污染問題日益加劇，人們希望用可再生能源來(lái)代替常規(guī)能源，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)（MPPT）成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)。本文概述了光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT技術(shù)的基本理論，研究與分析了光伏系統(tǒng)MPPT影響因素和MPPT技術(shù)控制策略。為進(jìn)一步研究最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作效率奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：光伏陣列；最大功率點(diǎn)跟蹤；控制策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.183

1 MPPT技術(shù)基本理論

MPPT技術(shù)是指微控制器能夠?qū)崟r(shí)獲取太陽(yáng)能電池板的電壓，并追蹤到最高電壓值，使光伏系統(tǒng)以最高的效率進(jìn)行光伏發(fā)電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，可以提高發(fā)電效率，更好地滿足人們的電能需求。光伏電池板的U-I和U-P特性曲線如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可以看出，溫度和照度呈現(xiàn)非線性關(guān)系，并且當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)處于最大工作效率時(shí)，有個(gè)特殊的點(diǎn)，即最大功率點(diǎn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)在該點(diǎn)時(shí)的工作效率將達(dá)到最高。

2 光伏系統(tǒng)MPPT影響因素

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)涉及對(duì)電流和電壓的控制。因此，所選用的電力傳感器將影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤的有效性。常見的傳感器有電流傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和電壓傳感器等。因?yàn)殡妷簜鞲衅骶哂许憫?yīng)快、線性好和不損失測(cè)量能量等優(yōu)勢(shì)，所以已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變裝置和電源等領(lǐng)域。

太陽(yáng)能作為清潔環(huán)保的可再生能源，提高其利用效率意義重大，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用合適的傳感器非常重要。由于傳感器具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和實(shí)用性強(qiáng)等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，所以其可以有效應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)。

3 光伏系統(tǒng)MPPT控制策略

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有輸入層、隱藏層和輸出層三層結(jié)構(gòu)，每層中節(jié)點(diǎn)數(shù)量各不相同。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量可以是輻照度和溫度等光伏陣列參數(shù)；輸出變量可以是多個(gè)參考信號(hào)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)具有可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯操作、響應(yīng)速度快和處理非線性信息等優(yōu)點(diǎn)。由于多數(shù)光伏陣列具有不同的輸出特性，所以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要經(jīng)過反復(fù)地訓(xùn)練以提高其準(zhǔn)確跟蹤最大功率點(diǎn)的能力。

恒定電壓控制技術(shù)。恒定電壓控制是指當(dāng)光伏陣列溫度變化小并且可以忽略其影響時(shí)的MPPT控制方法。光伏陣列的工作電壓應(yīng)該與參考電壓值相匹配。光伏電池在最大功率點(diǎn)處的電壓值變化很小，可認(rèn)為該處即為最大功率點(diǎn)的電壓值。恒定電壓控制實(shí)質(zhì)上是近似的輸出光伏發(fā)電最大功率而不是準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行跟蹤控制。光伏陣列的等效模型如圖3所示。

在使用光伏陣列的過程中，光伏陣列的外部特性會(huì)隨著時(shí)間變化而發(fā)生變化。當(dāng)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)響應(yīng)速度較快時(shí)，其收斂到最大功率點(diǎn)處所用的時(shí)間較短。為了使光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)處，需要綜合考慮最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略。

4 結(jié)語(yǔ)

最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略對(duì)于促進(jìn)光伏陣列工作在最佳環(huán)境下和提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率具有重要意義。通過研究分析影響最大功率點(diǎn)跟蹤的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)和恒定電壓控制技術(shù)，為進(jìn)一步研究最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：王坦坦（1993-），男，山東濱州人，碩士研究生，研究方向：新能源發(fā)電及其并網(wǎng)控制、智能微電網(wǎng)。

*為通訊作者