【正文】 得很不經(jīng)濟，最大功率點跟蹤 MPPT(Maximum Power Point Tracking)技術(shù)可以使系統(tǒng) 在任何溫度和日照條件下都能跟蹤太陽電池的最大功率，顯示了它杰出的技術(shù)優(yōu)勢。擾動觀察法能有效地解決這一問題，它是目前實現(xiàn) MPTP的常用的方法之一。 。但其缺點是，穩(wěn)態(tài)時，只能在最大功率點附近振蕩運行；存在著因功率跟蹤過程中非單調(diào)性造成的誤差；存在著因 Pamp。 導(dǎo)納增量法（ IncCond) （ 1）原理 由光伏陣列 PV特性可知 ,光伏陣列的功率電壓曲線是單峰曲線 ,存在唯一的最大功率點 ,且在該最大功率點處 ,功率對電壓的導(dǎo)數(shù)為零。該算法理論上能避免擾動觀測法穩(wěn)定狀態(tài)下輸出功率反復(fù)振蕩的缺點 ,并使陣列最終穩(wěn)定運行于最大功率點處。 abs（ dP/dU）作為 IncCond 法中的步長數(shù)據(jù)，在 U離 Pm較遠時，系統(tǒng)跟蹤的步長較大；當(dāng) U離 Pm較近時，系統(tǒng)跟蹤的步長較小。 通過對以上 4種自尋優(yōu) MPPT方法的實驗研究可以發(fā)現(xiàn)，除 CVT法外，其它 3種方法在啟動時均存在采樣誤差而影響啟動，以及啟動過程中功率波動的問題。首先，簡單介紹一下間歇掃描跟蹤法，該策略的核心思想是 :首先假設(shè)光伏陣列模塊工作在一給定工作點 ； 然后周期性地對光伏陣列模塊特性進行掃描，記錄每一點的工作電壓和電流，得到輸出功率 ； 最后將輸出功率中最大的記為最大功率點輸出，作為下一周期的光伏陣列模塊工作參考點。即本文選擇的 MPPT跟蹤控制方法是一種改進間歇掃描跟蹤法。這樣控制的目的是當(dāng)光照變化不大時 ,就延長掃描間隔時間 ,從而進一步減少工作點被擾動的次數(shù) ,提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性 ,從而達到智能地改善系統(tǒng)控制性能的目的。 //傳入?yún)?shù) :V_Min/掃描范圍最小值 V_Max/掃描范圍最大值 //返回 :當(dāng)前掃描到的最大功率點 Sys_Init(void)。 分析圖 10可知 ,該電路由一個 BOOST 升壓電路和一個電壓型逆變電路組成 ,其中升壓斬波電路的電源為光伏陣列 ,該課題要求此陣列輸出功率為 1000Wp,輸出電壓 oU 為 200V,所以考慮到功率損耗 ,選用 23 塊太陽能電池組件 ,組件功率選用 45～ 48Wp，尺寸為長 976mm，寬 436mm，厚 37mm，所以太陽能電池方陣的面積229 7 6 * 4 3 6 * 2 3 9 7 8 7 3 2 8 9 . 8S m m m? ? ?。 ont 時通過 cL 電流增加部分 LonI? 滿足式 (1)。 在電路穩(wěn)定狀態(tài)下，即從電流連續(xù)后到最大輸出時， LonI? = LoffI? ，由式(1)和 (2)可得 off sson o f st eVt V V e???? （ 3） 因占空比 /onD t T? ，即最大占空比 maxD m a x o f s oso f s oV V e VeDV V V V?? ????? （ 4） 如果忽略電感損耗，電感輸入功率等于輸出功率，即 ? ?i o oL aveV I V I? ? ? （ 5） 由式 (4)和式 (5)得電感器平均電流 ? ? 1 oL ave II D? ? （ 6） 同時由式 (1)得電感器電流紋波 ? ?ssL e V DI Lf??? （ 7） 式中： f為開關(guān)頻率。 oft 時，開關(guān)管 CT 截止，二極管 cD 處于導(dǎo)通狀態(tài)，儲存在電感 cL 中能量提供給輸出，流經(jīng)電感 cL 和二極管 cD 電流處于減少狀態(tài)，設(shè)二極管 cD 正向電壓為 fV ， oft 時，電感 cL 兩端電壓為 oV + fV se ，電流 減少部分 LoffI? 滿足式 (2)。 CCM 工作模式適合大功率輸出電路，而本課題中要求太陽能功率為1000 pW ，而且 考慮到負載達到 10％以上時 ，電感電流需保持連續(xù)狀態(tài)，因此，按 CCM 工作模式來進行特性分析。 //本函數(shù)用于設(shè)置掃描周期 //傳入?yún)?shù) :T/設(shè)置的周期值 void Sys_Init() { k=0； //初始化掃描次數(shù) k N=Sys_N； //初始化掃描次數(shù)限制 Pmax_Start = PmaxPre； //初始化最大功率點 Tk=Tk_Start； //初始化掃描周期 } //=======定時器中斷 ============ interrput void Timer_ISR(void) { //掃描功率點 if(kN){ PmaxCur=ScanV(V_ALL_Min,V_ALL_Max)； //掃描大范圍 k=0； }else{ PmaxCur=ScanV(V_SAMLL_Min,V_SAMLL_Max)； //掃描小范圍 k=k+1； } // if(PmaxCur == PmaxPre){ Tk=Tk+Tk_t； //延長掃描周 期 if(Tk Tk_Max) Tk=Tk_Max； //最大值限制 }else { Tk=TkTk_t； //減小掃描周期 if(Tk Tk_Min) Tk=Tk_Min； //最小值限制 } Scan_Tset(Tk)； //重新設(shè)置掃描周期 PmaxPre=PmaxCur； //更新當(dāng)前功率點 } 最大功率跟蹤控制的建模與仿真 如圖 10 所示 ,在兩級變換結(jié)構(gòu)的并網(wǎng)逆變器 MPPT 控制過程中 ,后級 DCAC全橋結(jié)構(gòu)逆變器可以看作一個恒定的直流電壓源 ,因此可以對并網(wǎng)逆變器做如下建模分析。圖 9示出其控制流程圖。改進后的間歇掃描法的算法流程圖如圖 7所示。實際情況是太陽能電池陣列在一天的運行過程中 , 短時間內(nèi)工作點的變化不大。為了避免系統(tǒng)啟動時由于采樣誤差造成的影響，同時兼顧穩(wěn)態(tài)后較低的 MPPT處理速度，避免對穩(wěn)態(tài)功率造成頻繁擾動，提出了一種改進間歇掃描跟蹤法的 MPPT方法。 （ 2）優(yōu)缺點分析基于梯度變步長的 IncCond法的優(yōu)點是控制效果好，且控制穩(wěn)定度高，當(dāng)外部環(huán)境參數(shù)變化 時，系統(tǒng)能快速追蹤其變化，不受功率時間曲線開始 測量 V(K),I(K) V(K)－ V(K－ 1)＞ 0 dI/dV＝－ I/V dI/dV＞－ I/V 返回 N Y N Y N Vref＝ Vref－ C I(K)－ I(K－ 1)=0 I(K)－ I(K－ 1)＞ 0 Vref＝ Vref－ C Vref＝ Vr ef+C Vref＝ Vref+C Y Y N Y 圖 8C 的影響；在系統(tǒng)啟動過程中可實現(xiàn)快速跟蹤。 基于梯度變步長的導(dǎo)納增量法（ IncCond) （ 1）原理 由光伏電池的 PU特性曲線圖可見，在整個電壓范圍內(nèi)功率曲線為一單峰函數(shù)，在最大功率點 Pm處 dP/dU=0，在 Pm兩端 dP/dU均不為 0。 這便是導(dǎo)納增量法的算法原理 ,其算法流程如圖 8c所示。此外，該方法由于不斷干擾光伏陣列工作電壓 ,故理論上雖然在某日照強度和環(huán)境溫度下光伏陣列存在唯一的最大功率點 ,卻無法最終穩(wěn)定運行在該最優(yōu)點。 圖 8b （ 2）優(yōu)缺點分 析 由其算法原理可知 :采用 Pamp。O法的原理是擾動光伏系統(tǒng)的輸出電壓，判斷擾動前后系統(tǒng)輸出功率的變化情況，并按照使輸出功率增加的原則來對系統(tǒng)進行控制。 擾動觀測法（ Pamp。同時 , 光伏陣列的 Vopt與 Vopen的比值并不總等于同一常數(shù)。以單晶硅太陽電池為例，當(dāng)環(huán)境溫度每升高 10℃時，其開路電壓下降率為 %一 %。因此 ,基于以上特性設(shè)計的最大功率追蹤算法被稱為恒定電壓控制法。因此， CVT控制法思路即是將光伏電池輸出電壓控制在該電壓處，此時光伏電池在整個工作過程中將近似工作在最大功率點處?；谝陨显?,此方法在實際中很少采用 ,本文不進行詳細闡述，下面介紹幾種自尋優(yōu)算法。曲線擬合技術(shù) 預(yù)先測得太陽電池組件的輸出特性，并用顯示的數(shù)學(xué)表達式描述。 非自尋優(yōu)算法 此 類算法的特點是利用光伏陣列電信號以外的信息 ,進行最大功率點的追蹤。所謂自尋優(yōu)算法即不直接檢測外界環(huán)境因素的變化 ,而是通過直接測量得到的電信號 ,判斷最大功率點的位置 ,從而進行追蹤。 由以上分析可見 , 區(qū)分當(dāng)前的工作點所處區(qū)域是最大功率點跟蹤器的關(guān)鍵所在 , 具體判別方法總結(jié)如下 : ①當(dāng) P(t +Δ t)P(t)時 若 U(t +Δ t)U(t), 工作點在 Pmax點之左 ,應(yīng)增大電壓； 若 U(t +Δ t) U(t), 工作點在 Pmax點之右 ,應(yīng)減小電壓。當(dāng)負載特性與太陽電池陣列特性的交點在陣列最大功率點相 應(yīng)電壓Um之左時 ,MPPT的作用是使交點處的電壓升高 ,而當(dāng)交點在陣列最大功率點相應(yīng)電壓 Um之右時 ,MPPT的作用是使交點處的電壓下降。采用最大功率點跟蹤（ MPPT）技術(shù)就是起這種作用。 另外，為了防止發(fā)生故障時太陽能電池的電流流入電網(wǎng)，在聯(lián)網(wǎng)逆變器的輸出端和用戶電線之間設(shè)置絕緣變壓器或把它內(nèi)裝在電力轉(zhuǎn)換部分。 由圖可知，逆變器包括 3個部分：①逆變部分，其功能是采用大功率晶體管將直流高速切割，并轉(zhuǎn)換為交流；②控制部分，其功能是對逆變部分進 行控制，由電子回路構(gòu)成；③保護部分，也由電子回路構(gòu)成，其功能是在逆變器內(nèi)部發(fā)生故障時起安全保護作用。 2. 聯(lián)網(wǎng)逆變器構(gòu)成 聯(lián)網(wǎng)逆變器主要由逆變器和聯(lián)網(wǎng)保護器兩大部分構(gòu)成，如圖 6 所示。 （ 3）防 止單獨運行 系統(tǒng)所在地發(fā)生停電，當(dāng)負荷電力與逆變器輸出電力相同時，逆變器的輸出電壓不會發(fā)生變化，難以察覺停電，因而有通過系統(tǒng)向所在地供電的可能，這種情況叫做單獨運轉(zhuǎn)。聯(lián)網(wǎng)逆變器與獨 立逆變器不同之處是，它不僅可將太陽能電池方陣發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并且還可對轉(zhuǎn)換的交流電的頻率 、 電壓 、 電流 、 相位 、 有功與無功 、 同步 、 電能品質(zhì)（電壓波動 、 高次諧波）等進行控制。目前工程上應(yīng)用的太陽能電池方陣多為由一定數(shù)量的晶體硅太陽能電池組件按照聯(lián)網(wǎng)逆變器輸入電壓的要求串 、 并聯(lián)后固定在支架上組成。而住宅聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)，特別是與建筑結(jié)合的住宅屋頂聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)，由于具有許多優(yōu)越性，建設(shè)容易，投資不大，許多國家又相繼出臺了一系列激勵政策，因而在各發(fā)達國家倍受青睞，發(fā)展迅速，成為主流。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次 諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對電網(wǎng)品質(zhì)有較高的外，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，為避免 對 公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變電源輸出正弦波電流。 ② 要求具有較高的可靠性。從長遠看，正弦波逆變器將成為發(fā)展的主流。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。⑧換流損失小，逆變頻率高，一般在 85%以上。⑤輸出電壓波形含諧波成分應(yīng)盡量小。 5%，輸出頻率可調(diào)范圍為177。要求該交 流電能達到一定的頻率穩(wěn)定精度，靜態(tài)時一般為177。因此，對逆變器的基本要求是：①能輸出一個電壓穩(wěn)定的交流電。 在很多場合，都需要提供220VAC、 110VAC 的交流電源。最大功率跟蹤型控制器可使太陽能電池方陣始終保持在最大功率點狀態(tài)，以充分利用太陽能電池方陣的輸出能量。根據(jù)本課題需要，選擇最大功率跟蹤型。它由調(diào)度程序和若干實現(xiàn)專門功能的軟件模塊或函數(shù)組成。它由硬件線路和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。比較常見的有計算機控制和邏輯控制兩種方式。⑤故障診斷定位 當(dāng)光伏系統(tǒng)發(fā)生故障時，可自動檢測故障類型，指示故障位置，為對系統(tǒng)進行維護提供方便。需要檢測的物理量有輸入電壓 、 充電電流 、 輸出電壓 、 電流以 及蓄電池溫升等。 （三）控制器 太陽能控制器 是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，其 作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。 蓄電池 ， 尤其是鉛酸蓄電池 ， 需要在充電和放電過程中加以控制 ， 頻繁地過充電和過放電都會影響蓄電池的使用壽命 。 在本系統(tǒng)中，采用閥控式密封鉛酸蓄電池 (VRAL 電池 )，具有使用方便和維護簡單的特點。其作用是將太陽