【文章內(nèi)容簡介】 圖 31 總系統(tǒng)框圖 圖中 MPPT 模塊即最大功率點跟蹤系統(tǒng)， Boost 模塊的核心為升壓斬波電路。由圖31可直觀地看出：光伏電池產(chǎn)生的電壓，經(jīng)過 boost模塊升壓以及整定后，變成質(zhì)量合格的直流電，再輸送給逆變器，這期間，直流電變成交流電。最后輸送給電網(wǎng)和用戶。MPPT 模塊對光伏電池進行監(jiān)測，通過控制 boost 模塊的占空比，從而使得光伏電池穩(wěn)定地工作在最大功率點處。 其中 DC／ DC 變換由 Boost 模塊實現(xiàn)， DC／ AC 變換由逆變器實現(xiàn)。下面幾章我們將分別研究這幾個部分的工作原理和分析仿真后的結(jié)果，并建立 PV電池模型。 光伏電池 MPPT Boost 逆 變 器 電 網(wǎng) 第 4 章 光伏電池和 MPPT 技術(shù)研究 9 第 4 章 光伏電池和 MPPT 技術(shù)研究 光伏電池特性 圖 41左圖 每條曲線表示了光伏電池在一定光照強度下，電壓與電流的關(guān)系。圖 41右圖表示了在一定光照強度下，輸出功率與電壓的關(guān)系曲線。 圖 42則表示 PV與溫度的關(guān)系。 圖 41 圖 41可見，光照強度一定時，電壓 VI曲線并非呈簡單的線性關(guān)系，在 017v 范圍內(nèi)，電流不隨電壓升高而改變；在 1720v 內(nèi)，電流隨電壓增大而減小。 PV曲線存在一個極值點，該點大約在 Vpv=18v 處。在 018v 內(nèi)， Vpv 與 Ppv 成正比關(guān)系；在 1820v內(nèi)， Vpv 與 Ppv 成反比關(guān)系。 圖 42 第 4 章 光伏電池和 MPPT 技術(shù)研究 10 圖 41表明，當(dāng)電壓一定時（在 020V 區(qū)間內(nèi)）， 輸出電流與功率都跟光照強度呈正比關(guān)系。圖 42 可見，電壓相同的情況下，在 Vpv14V 時，溫度對輸出功率沒有影響，而當(dāng)電壓大于 14V 小于 25V 時，輸出功率與溫度大致呈正比關(guān)系。 由于同個地點的溫度和光照強度都不是恒定的，中午溫度一般較早晨和晚上高，偶爾的多云天氣也會使得光照強度減弱，因此，光伏電池需要不停地調(diào)整，才能夠使其實際工作點穩(wěn)定在最大功率點處 。功率是電壓和電流的乘積，因此電壓或者電流任一個量發(fā)生變化時，都會影響到功率的輸出大小。因此光伏電池的輸出功率不是恒 定的，而是時刻變化的。 光伏電池的結(jié)構(gòu) 圖 43 圖 43中 Is 為理想電流源。式（ ）表示了光伏電池的電流和電壓之間的關(guān)系。 sh )s(}1])({ e x p [ R IRVA K TR s IVqIoIsI ?????? （ ） Rs?0， Rsh? ?，因此（ 4,1）可化為 。 ]1A K Tqe x p[os ??? ）（ VIII () （ I:工作電流， Io:反向飽和電流， V:輸出電壓） 因此，輸出功率為： }1]{ e x p [os ????? VA K TqVIVIP () 從式（ ）可看出，輸出功率與日照強度和環(huán)境溫度有關(guān)，且不成線 性關(guān)系。 光伏陣列的仿真研究 光伏陣列數(shù)學(xué)模型的建立 第 4 章 光伏電池和 MPPT 技術(shù)研究 11 用 cT 來表示電池溫度，則有： cT ? aT ? ct R () ct 為溫度系數(shù)， R 為太陽輻射強度， aT 為環(huán)境溫度。 設(shè) scI 、0CV分別為短路電流、開路電壓， I20V111CCVscI C e??????? ? ??????? () 其中， 201 1mCVCVmscICeI ????????? () 2C ?( mV ∕0mCVV 1? )∕ ln(1? mI ∕ scI ) （ ） 當(dāng)光照強度和溫度等因素變化時： 20V D V111CCVscI I C e D I??????? ? ? ??????? () 其中， IR?? ∕ refR DT ? (R ∕ refR 1) scI （ ） SDV DT R DI?? ? ? () c refDT T T?? () 我們設(shè)定 refR =1kW∕㎡， refT =25℃； ? ， ? 都是溫度系數(shù)，分別代表了電流變化和電壓變化。 , , ,NN l n 1 m r e fs S r e f r e f m r e f o c r e fp p s c r e fIR R A V VI????? ? ? ? ? ?????????／ ,mrefI () T3cref V o c o cref Sref Isc crefL refVNATI??????? () 其中， ? =(硅 )； ,mrefI ： 最大電壓； ,mrefV ：最大電流； Voc? ：開路電壓溫度系數(shù)。 4． 3． 2 光伏陣列 MATLAB 仿真模型 我們用 simulink 平臺建立了光伏陣列的的仿真圖，如圖 44所示： 第 4 章 光伏電池和 MPPT 技術(shù)研究 12 圖 44 圖 45 PV 模塊外觀 T:光伏陣列的溫度。 S:光伏陣列表面承受的太陽輻射強度。 Vpv：工作電壓。 Ipv：輸出電流。 圖 45中，左邊是輸入量，右邊是輸出量。 第 4 章 光伏電池和 MPPT 技術(shù)研究 13 圖 46 建立圖 46 所示的光伏陣列仿真模型，運行后觀察 UI Graph 和 UP Graph1 的輸出波形，結(jié)果如下： （ a） UI 關(guān)系曲線 第 4 章 光伏電池和 MPPT 技術(shù)研究 14 （ b） UP 關(guān)系曲線 圖 47 PV 陣列仿真結(jié)果曲線 對比圖 41和 42，跟預(yù)期的仿真結(jié)果一致。 光伏電池的 MPPT 技術(shù)研究 概念： 最大功率跟蹤技術(shù) MPPT（ Maximum Power Point Tracking） 是利用 電子元件和相應(yīng) 的 程序來控制光伏電池每時每刻都 輸出最大功 率 ,以此來實現(xiàn)太陽能的使用效率達到最大。它的控制過程主要有：不斷調(diào)整升壓斬波電路的占空比，隨時改變負(fù)載的阻抗和其它一些參數(shù)，使得在每一時刻光伏電池都能輸出最大功率。目前科學(xué)家們已經(jīng)已經(jīng)研究出了很多種效果良好的 MPPT 控制方法，下面我們主要研究干擾觀察法。 干擾觀察法 控制流程圖如圖 48 所示。首先設(shè)定 Ur 和 step 的初值，檢測電流 I和電壓 U，計算此刻的功率與上一時刻的功率之差△ P，此刻的電壓與上一時刻的電壓之差△ U,如果△ P0 成立，△ U0，則 Ur 的值加上 step 的設(shè)定值，一直循環(huán)下去，直到 Po=P(k)?！?U《 0 時，則 Ur 的值減去 step 的