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盤點(diǎn)提高光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率的若干方法

  最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)

  最大功率點(diǎn)追蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT)系統(tǒng)是一種通過調(diào)節(jié)電氣模塊的工作狀態(tài),使光伏組件能夠輸出更多電能的電氣系統(tǒng),能夠?qū)?span id="ajjt0k8zsj2" class='hrefStyle'>太陽(yáng)能電池組件發(fā)出的直流電有效地儲(chǔ)存在蓄電池中。可有效地解決常規(guī)電網(wǎng)不能覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)及旅游地區(qū)的生活和工業(yè)用電,不產(chǎn)生環(huán)境污染。從電子系統(tǒng)方面考慮,對(duì)光伏組件進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤是降低光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電成本、提高發(fā)電效率的最直接、最有效的方法。因此,光伏組件的最大功率點(diǎn)追蹤算法研究一直是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要難題和關(guān)鍵技術(shù)之一;蛟S很多人不能理解這話的含義。

 

  部分遮擋環(huán)境下的光伏陣列組件輸出功率曲線

  首先,我們要知道,光伏陣列組件的輸出功率曲線在理想光照環(huán)境下是一個(gè)單峰曲線,而在部分遮擋環(huán)境下則會(huì)出現(xiàn)多峰現(xiàn)象。光伏電池的輸出功率與MPPT控制器的工作電壓有關(guān),只有工作在最合適的電壓下,它的輸出功率才會(huì)有個(gè)唯一的最大值。以一個(gè)最大輸出電壓為10.8V的光伏陣列組件為例,如果采用額定電壓為12V的蓄電池,則光伏發(fā)電系統(tǒng)采用采用升壓式DC-DC轉(zhuǎn)換器(BOOST),它的轉(zhuǎn)換公式為Vin=(1-D)Vout,其中,Vin是BOOST電路的輸入電壓,即光伏陣列組件的輸出電壓,Vout是BOOST電路的輸出電壓,即蓄電池的輸入電壓,前面提過蓄電池的額定電壓為12V,所以上式可以簡(jiǎn)化為Vin=12*(1-D),改變占空比D,即改變了光伏陣列組件的輸出電壓Vin即控制電壓。下表給出了在Proteus實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中,不同占空比下,光伏陣列組件的輸出功率統(tǒng)計(jì)。從表中可以看出,隨著占空比D的增大,光伏陣列組件的輸出功率先是增大,后減小,并且變化顯著,因此從個(gè)表中我們可以看到光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤的重要性。

 

  人們?cè)诠夥嚵薪M件部分遮擋環(huán)境下最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略方面提出了很多算法,主要?dú)w納為兩個(gè)方面來介紹。

  第一種是基于傳統(tǒng)跟蹤控制方法,主要有擾動(dòng)觀察法(Perturbation and Observation, P&O)、恒定電壓控制法(CVT)、增量電導(dǎo)法(Incremental Conductance Method, IncCond法)等。這些已被廣泛地應(yīng)用于商業(yè)光伏發(fā)電。

  20世紀(jì)80年代,日本學(xué)者提出了恒壓法,它是眾多MPPT方法中最簡(jiǎn)單的一種。這種控制方法將光伏陣列組件的輸出電壓保持在一個(gè)恒定的電壓值,其特點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性強(qiáng),硬件易于實(shí)現(xiàn)。外太空中日照強(qiáng)度及溫度變化比較緩慢,因此很多人造衛(wèi)星中都使用恒壓法。

  擾動(dòng)觀察法也成為爬山法(P&O),擾動(dòng)的參考變量可以是電壓,電流或占空比。其工作原理是給一個(gè)擾動(dòng)輸出電壓信號(hào)(U+?U),再測(cè)量并計(jì)算其功率P2的變化,并與擾動(dòng)之前的功率值P1相比,根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整擾動(dòng)方向。這種方法的特點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)容易,沒有涉及復(fù)雜的計(jì)算。然而,它無法穩(wěn)定在最大功率點(diǎn),會(huì)隨著參數(shù)的改變?cè)诜(wěn)定功率附近擺動(dòng)。擾動(dòng)觀察法是使用較廣泛的一種MPPT方法。

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