【正文】 得很不經(jīng)濟(jì)，最大功率點(diǎn)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(yáng)電池的最大功率，顯示了它杰出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。擾動(dòng)觀(guān)察法能有效地解決這一問(wèn)題，它是目前實(shí)現(xiàn) MPTP的常用的方法之一。 。但其缺點(diǎn)是，穩(wěn)態(tài)時(shí)，只能在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行；存在著因功率跟蹤過(guò)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(xiàn)是單峰曲線(xiàn) ,存在唯一的最大功率點(diǎn) ,且在該最大功率點(diǎn)處 ,功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零。該算法理論上能避免擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法穩(wěn)定狀態(tài)下輸出功率反復(fù)振蕩的缺點(diǎn) ,并使陣列最終穩(wěn)定運(yùn)行于最大功率點(diǎn)處。 abs（ dP/dU）作為 IncCond 法中的步長(zhǎng)數(shù)據(jù)，在 U離 Pm較遠(yuǎn)時(shí)，系統(tǒng)跟蹤的步長(zhǎng)較大；當(dāng) U離 Pm較近時(shí)，系統(tǒng)跟蹤的步長(zhǎng)較小。 通過(guò)對(duì)以上 4種自尋優(yōu) MPPT方法的實(shí)驗(yàn)研究可以發(fā)現(xiàn)，除 CVT法外，其它 3種方法在啟動(dòng)時(shí)均存在采樣誤差而影響啟動(dòng)，以及啟動(dòng)過(guò)程中功率波動(dòng)的問(wèn)題。首先，簡(jiǎn)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(diǎn) ； 然后周期性地對(duì)光伏陣列模塊特性進(jìn)行掃描，記錄每一點(diǎn)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(diǎn)輸出，作為下一周期的光伏陣列模塊工作參考點(diǎn)。即本文選擇的 MPPT跟蹤控制方法是一種改進(jìn)間歇掃描跟蹤法。這樣控制的目的是當(dāng)光照變化不大時(shí) ,就延長(zhǎng)掃描間隔時(shí)間 ,從而進(jìn)一步減少工作點(diǎn)被擾動(dòng)的次數(shù) ,提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性 ,從而達(dá)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(diǎn) Sys_Init(void)。 分析圖 10可知 ,該電路由一個(gè) BOOST 升壓電路和一個(gè)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(yáng)能電池組件 ,組件功率選用 45～ 48Wp，尺寸為長(zhǎng) 976mm，寬 436mm，厚 37mm，所以太陽(yáng)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(shí)通過(guò) cL 電流增加部分 LonI? 滿(mǎn)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(shí)， 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(shí)由式 (1)得電感器電流紋波 ? ?ssL e V DI Lf??? （ 7） 式中： f為開(kāi)關(guān)頻率。 oft 時(shí)，開(kāi)關(guān)管 CT 截止，二極管 cD 處于導(dǎo)通狀態(tài)，儲(chǔ)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(shí)，電感 cL 兩端電壓為 oV + fV se ，電流 減少部分 LoffI? 滿(mǎn)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(yáng)能功率為1000 pW ，而且 考慮到負(fù)載達(dá)到 10％以上時(shí) ，電感電流需保持連續(xù)狀態(tài)，因此，按 CCM 工作模式來(lái)進(jìn)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(diǎn) Tk=Tk_Start； //初始化掃描周期 } //=======定時(shí)器中斷 ============ interrput void Timer_ISR(void) { //掃描功率點(diǎn) 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(zhǎng)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(diǎn) } 最大功率跟蹤控制的建模與仿真 如圖 10 所示 ,在兩級(jí)變換結(jié)構(gòu)的并網(wǎng)逆變器 MPPT 控制過(guò)程中 ,后級(jí) DCAC全橋結(jié)構(gòu)逆變器可以看作一個(gè)恒定的直流電壓源 ,因此可以對(duì)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(jìn)后的間歇掃描法的算法流程圖如圖 7所示。實(shí)際情況是太陽(yáng)能電池陣列在一天的運(yùn)行過(guò)程中 , 短時(shí)間內(nèi)工作點(diǎn)的變化不大。為了避免系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)由于采樣誤差造成的影響，同時(shí)兼顧穩(wěn)態(tài)后較低的 MPPT處理速度，避免對(duì)穩(wěn)態(tài)功率造成頻繁擾動(dòng)，提出了一種改進(jìn)間歇掃描跟蹤法的 MPPT方法。 （ 2）優(yōu)缺點(diǎn)分析基于梯度變步長(zhǎng)的 IncCond法的優(yōu)點(diǎn)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(shí)，系統(tǒng)能快速追蹤其變化，不受功率時(shí)間曲線(xiàn)開(kāi)始 測(cè)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(dòng)過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)快速跟蹤。 基于梯度變步長(zhǎng)的導(dǎo)納增量法（ IncCond) （ 1）原理 由光伏電池的 PU特性曲線(xiàn)圖可見(jiàn)，在整個(gè)電壓范圍內(nèi)功率曲線(xiàn)為一單峰函數(shù)，在最大功率點(diǎn) 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(qiáng)度和環(huán)境溫度下光伏陣列存在唯一的最大功率點(diǎn) ,卻無(wú)法最終穩(wěn)定運(yùn)行在該最優(yōu)點(diǎn)。 圖 8b （ 2）優(yōu)缺點(diǎn)分 析 由其算法原理可知 :采用 Pamp。O法的原理是擾動(dòng)光伏系統(tǒng)的輸出電壓，判斷擾動(dòng)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(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。 擾動(dòng)觀(guān)測(cè)法（ Pamp。同時(shí) , 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(yáng)電池為例，當(dāng)環(huán)境溫度每升高 10℃時(shí)，其開(kāi)路電壓下降率為 %一 %。因此 ,基于以上特性設(shè)計(jì)的最大功率追蹤算法被稱(chēng)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(shí)光伏電池在整個(gè)工作過(guò)程中將近似工作在最大功率點(diǎn)處?；谝陨显?,此方法在實(shí)際中很少采用 ,本文不進(jìn)行詳細(xì)闡述，下面介紹幾種自尋優(yōu)算法。曲線(xiàn)擬合技術(shù) 預(yù)先測(cè)得太陽(yáng)電池組件的輸出特性，并用顯示的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述。 非自尋優(yōu)算法 此 類(lèi)算法的特點(diǎn)是利用光伏陣列電信號(hào)以外的信息 ,進(jìn)行最大功率點(diǎn)的追蹤。所謂自尋優(yōu)算法即不直接檢測(cè)外界環(huán)境因素的變化 ,而是通過(guò)直接測(cè)量得到的電信號(hào) ,判斷最大功率點(diǎn)的位置 ,從而進(jìn)行追蹤。 由以上分析可見(jiàn) , 區(qū)分當(dāng)前的工作點(diǎn)所處區(qū)域是最大功率點(diǎn)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(shí) 若 U(t +Δ t)U(t), 工作點(diǎn)在 Pmax點(diǎn)之左 ,應(yīng)增大電壓； 若 U(t +Δ t) U(t), 工作點(diǎn)在 Pmax點(diǎn)之右 ,應(yīng)減小電壓。當(dāng)負(fù)載特性與太陽(yáng)電池陣列特性的交點(diǎn)在陣列最大功率點(diǎn)相 應(yīng)電壓Um之左時(shí) ,MPPT的作用是使交點(diǎn)處的電壓升高 ,而當(dāng)交點(diǎn)在陣列最大功率點(diǎn)相應(yīng)電壓 Um之右時(shí) ,MPPT的作用是使交點(diǎn)處的電壓下降。采用最大功率點(diǎn)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(shí)太陽(yáng)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(hù)電線(xiàn)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(gè)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(duì)逆變部分進(jìn) 行控制，由電子回路構(gòu)成；③保護(hù)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(shí)起安全保護(hù)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(hù)器兩大部分構(gòu)成，如圖 6 所示。 （ 3）防 止單獨(dú)運(yùn)行 系統(tǒng)所在地發(fā)生停電，當(dāng)負(fù)荷電力與逆變器輸出電力相同時(shí)，逆變器的輸出電壓不會(huì)發(fā)生變化，難以察覺(jué)停電，因而有通過(guò)系統(tǒng)向所在地供電的可能，這種情況叫做單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)。聯(lián)網(wǎng)逆變器與獨(dú) 立逆變器不同之處是，它不僅可將太陽(yáng)能電池方陣發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并且還可對(duì)轉(zhuǎn)換的交流電的頻率 、 電壓 、 電流 、 相位 、 有功與無(wú)功 、 同步 、 電能品質(zhì)（電壓波動(dòng) 、 高次諧波）等進(jìn)行控制。目前工程上應(yīng)用的太陽(yáng)能電池方陣多為由一定數(shù)量的晶體硅太陽(yáng)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(guó)家又相繼出臺(tái)了一系列激勵(lì)政策，因而在各發(fā)達(dá)國(guó)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(fù)載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)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(yùn)行時(shí)，為避免 對(duì) 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(zhǎng)遠(yuǎn)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(yùn)行的太陽(yáng)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(dá)到一定的頻率穩(wěn)定精度，靜態(tài)時(shí)一般為177。因此，對(duì)逆變器的基本要求是：①能輸出一個(gè)電壓穩(wěn)定的交流電。 在很多場(chǎng)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(yáng)能電池方陣始終保持在最大功率點(diǎn)狀態(tài)，以充分利用太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)專(zhuān)門(mén)功能的軟件模塊或函數(shù)組成。它由硬件線(xiàn)路和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。比較常見(jiàn)的有計(jì)算機(jī)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(shí)，可自動(dòng)檢測(cè)故障類(lèi)型，指示故障位置，為對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)提供方便。需要檢測(cè)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(yáng)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(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。 蓄電池 ， 尤其是鉛酸蓄電池 ， 需要在充電和放電過(guò)程中加以控制 ， 頻繁地過(guò)充電和過(guò)放電都會(huì)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(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其作用是將太陽(yáng)