【正文】 系統(tǒng)穩(wěn)定在局部最優(yōu)點(diǎn)上。 15 圖 電導(dǎo)增量法的流程圖 此跟蹤法最大的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)光伏電池上的光照強(qiáng)度產(chǎn)生變化時(shí)，輸出端電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，電壓波動(dòng)較擾動(dòng)觀(guān)察法小。當(dāng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到另外一個(gè)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電導(dǎo)增量法根據(jù)電流的變化就能夠做出正確的判斷，不會(huì)出現(xiàn)誤判斷的過(guò)程。 當(dāng) 0?dVdP ，在最大功率點(diǎn)處； 當(dāng) 0?dVdP ，在最大功率點(diǎn)左邊； 當(dāng) 0?dVdP ，在最大功率點(diǎn)右邊。將 (318)式代入 (319)式進(jìn)行推算便得到 (320)式。 2．電導(dǎo)增量法 (Inc) 電導(dǎo)增量法 [16] (Incremental conductance Algorithm)也是 MPPT 控制常用的算法。特別是在有些情況下，光伏陣列的結(jié)溫升高的比較明顯，導(dǎo)致陣列的伏安曲線(xiàn)與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的工作電壓可能不存在交點(diǎn)，那么系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生 振蕩。這樣不但簡(jiǎn)了整個(gè)控制系統(tǒng)，還可以保證它的輸出功率接近最大功率點(diǎn)。 1．恒電壓控制法 [18]（ Constant Voltage TrackingCVT） 通過(guò)圖 可知，光伏陣列在不同光照強(qiáng)度下的最大功率輸出點(diǎn)總是近似在某一恒定的 電壓值 MV 附近，這樣可以采用 CVT 法，而把 MV 成為 蛛。目前，比較常用的 MPPT 控制方法主要有定電壓跟蹤法、干擾觀(guān)察法和電導(dǎo)增量法。最大功率點(diǎn)跟蹤控制通過(guò)控制算法預(yù)估當(dāng)前光照和溫度條件下光伏電池的最大功率點(diǎn)所處的位置，實(shí)時(shí)調(diào)整阻抗變換器的導(dǎo)通時(shí)間，改變負(fù)載特性，最終達(dá)到光伏電池輸出特性與所帶負(fù)載的最佳匹配 [16]。對(duì)應(yīng)一定光照和溫度條件下， 光伏電池有唯一的最大工作點(diǎn)，當(dāng)光照或者溫度變化時(shí)，最大工作點(diǎn)將會(huì)發(fā)生移動(dòng)，最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的最大功率點(diǎn)電壓和最大功率點(diǎn)電流也會(huì)相應(yīng)的移動(dòng)，最大功率點(diǎn)電壓和最大功率點(diǎn)電流的比值即為光伏電池所帶的負(fù)載。 3． 4． 1 最大功率點(diǎn)跟蹤的原理 最大功率點(diǎn)跟蹤本質(zhì)上是光伏電池輸出特性與所帶負(fù)載進(jìn)行最佳匹配的自尋優(yōu)過(guò)程。 （ 1）光伏陣列 UI 特性曲線(xiàn) 13 （ 2）光伏陣列 UP 特性曲線(xiàn) 圖 PV 陣列仿真結(jié)果曲線(xiàn) 對(duì)比圖 和圖 、圖 ，可知結(jié)果是正確的。 3． 3． 3 光伏陣列仿真結(jié)果 由于圖 為子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，外接信號(hào)和示波器（如圖 ），可以得出光伏陣列外部特性曲線(xiàn)。建立了 PV 模塊，它的輸入量是光照強(qiáng)度 S 和溫度 T，輸出量是光生電流 I。 圖 光伏陣列 Matlab 仿真模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 PV 模塊外觀(guān)圖 T， S 為輸入的實(shí)時(shí)環(huán)境溫度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 Vpv 為光伏陣列的工作電壓 Ipv 為光伏陣列輸出電流 PV模塊是根據(jù)其數(shù)學(xué)模型建立的。 C） ； SR ：光伏模塊的串聯(lián)電阻（ Ohms），由下式?jīng)Q定[20] , , ,NN l n 1 m re fs S re f re f m re f o c re fp p sc re fIR R A V VI????? ? ? ? ? ?????????／ ,mrefI T3cre f V oc oc re f Sre f Isc cre fLre fVNATI??????? 其中， ? :材料帶能， ? =(硅 )； ,mrefI ， ,mrefV ：參考條件下， 光伏陣列最大功率點(diǎn)電壓和電流； ,screfI ， ,ocrefV ：參考條件下，光伏陣列短路電流和開(kāi)路電壓； Voc? ， Isc? ：參考條件下，光伏陣列開(kāi)路電壓和短路電流溫度系數(shù)； SN ：光伏陣列各模塊的單元串聯(lián)數(shù)； N ：光伏陣列模塊的串聯(lián)數(shù)； Np ：光伏陣列模塊的 并聯(lián)數(shù)； crefT ：參考條件下 ,光伏電池溫度，一般設(shè)定為 25℃。 設(shè)在參考條件下， scI 為短路電流，0CV為開(kāi)路電壓 , mI , mV 為最大功率點(diǎn)電流和電壓 ,則當(dāng)光伏陣列電壓為 V,其對(duì)應(yīng)點(diǎn)電流為 I: I 20V111CCVscI C e??????? ? ???????????????????????????? (311) 其中， 201 1mCVCVmscICeI ???????????????????????????????? (312) 2C ? ( mV ∕0mCVV 1? )∕ ln(1? mI ∕ scI )???????????????? (313) 考慮太陽(yáng)輻射變化和溫度影響時(shí)， 20V D V111CCVscI I C e DI??????? ? ? ??????? ??????????????????? (314) 其中， IR?? ∕ refR DT ? (R ∕ refR 1) scI ?????????????? (315) SDV DT R DI?? ? ? ?????????????????????? (316) c refDT T T?? ????????????????????????? ? (317) refR ， refT ：太陽(yáng)輻射和光伏電池溫度參考值，一般取為 1kW∕㎡ ,25℃； ? ：在參考日照下，電流變化溫度系數(shù)（ Amps/176。 C）條件下，太陽(yáng)電池溫度 cT （186。 光伏陣列通用仿真模型 3． 3． 1 光伏陣列通用仿真數(shù)學(xué)模型 10 本文用于 Matlab 建模的光伏陣列數(shù)學(xué)模型如下 [21]： 任意太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 R（ w 由于光伏電池的并聯(lián)電阻 Rsh 的阻值較大，流過(guò)并聯(lián)電阻的電流半非常小， U+IRR Ssh可 忽略不計(jì)。 圖 光伏電池實(shí)際等效電路 按照?qǐng)D 所規(guī)定的電壓、電流正方向，由基爾霍夫電流定律可以推導(dǎo)出光伏電池的電流關(guān)系： I ? phI ? dI ? shI ??????????????????????? (36) 又知 dI = 0I 1qUAKTe???????????????????????????????? (37) 由于 dU =U ? I sR 將上式代入（ 37）式，可得 I ? phI ? 0I q(U+IR )AKT 1Se???????? U+IRR Ssh?????????????????? (38) 上式中，除 RS 和 Rsh 外，其余物理量與光伏電池理想等效電路對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式中的物理量相同。 (2)實(shí)際等效電路 光伏電池的實(shí)際等效電路時(shí)在全面考慮光伏電池的串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻后得出的。 圖 光伏電池理想等效電路 由基爾霍夫電流電流定律可推導(dǎo)出與圖 對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式： I ? phI ? dI ???????????????????????????? (31) 由于二極管 dI 電流的關(guān)系式如下， dI =0I 1qUAKTe????????????????????????????????? (32) 將 (32)代入 (31)可得 0I = phI 0I 1qUAKTe??????????????????????????????? (33) 其中， 0I = OCI3rTT??????` 11G rqEAK T Te ????????????? ?????????????? (34) phI = ? ?scr I rI K T T??????S1000 ???????????????????? (35) 式中， I 光伏電池的輸出電流； U光伏電池的輸出電壓； phI 光生電流強(qiáng)度； 0I 光伏電池內(nèi)部等效二極 管反向飽和電流，與光伏電池的材料有關(guān)，一般為常數(shù)，與光照強(qiáng)度無(wú)關(guān)； q 電子電荷量 (1． 6 1910? C)， K玻耳茲曼常數(shù) (1． 38 2310? J／ K)； T光伏電池工作時(shí)的絕對(duì)溫度 (K)； S為光照強(qiáng)度 (W／ 2m )； scrI 光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(光照強(qiáng)度為 l kW／ 2m 以及環(huán)境溫度為 298K)下的短路電流； A二極管的曲線(xiàn)常數(shù)； IK 光生電流隨溫度變化系數(shù) (／ OC )； GE 晶體硅的能級(jí)寬度； orI 在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下二極管的飽和漏電流 (約為 10mA／ c 2m )。 (1)理想等效電路 理想等效電路是在忽略 所有內(nèi)阻的理想情況下得出的，其精度不高，但因?yàn)槠浔容^簡(jiǎn)單，在理論研究中具有一定應(yīng)用價(jià)值，如在研究比較復(fù)雜的光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，可采用理想等效電路進(jìn)行建模仿真，具有較快的仿真速度。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的介紹，目前光伏電池的等效電路一般有三種形式 [1416]：理想化等效電路、考慮部分內(nèi)阻的等效電路以及考慮全部?jī)?nèi)阻的實(shí)際等效電路。因此，光伏電池的輸出最大功率點(diǎn) MP 、短路電流 scI 、開(kāi)路電壓 ocV 隨著輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度 在不停地變化，所以光伏發(fā)電系統(tǒng)要不停地調(diào)整以使光伏電池工作于最大功率點(diǎn)上，但這又同時(shí)使得光伏電池的輸出電流、電壓在不斷變化，即輸出功率是不斷變化的。 圖 典型光伏電池 PV 特性隨溫度變化曲線(xiàn) 由圖 ，光伏電池輸出功率受多個(gè)因素的影響，尤其取決于照射到其表面的太陽(yáng)輻射量。由圖 可以看出，此 IV曲線(xiàn)具有高度的非線(xiàn)性特征，這樣就存在一個(gè)最大功率輸出問(wèn)題。 圖 則表示 PV隨環(huán)境溫度變 7 化的規(guī)律。 光伏電池特性 [13] 典型的光伏電池（電流 I電壓 V）、（功率 P電壓 V）特性如圖 ，圖 所示。本章給出了該模型在單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)仿真中的具體應(yīng)用實(shí)例。本章針對(duì) Matlab 仿真環(huán)境，基于光伏模塊直流物理模型，開(kāi)發(fā)了光伏陣列通用仿真模型。國(guó)外雖有涉及這方面的公開(kāi)文獻(xiàn)， 但所建模型主要針對(duì)特定的光伏模塊 [1213]，因而缺乏通用性。 但該模型不能實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度變化和光伏陣列參數(shù)的變化，因而這樣的系統(tǒng)仿真不能 反映上述參數(shù)變化對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響。該模型一旦建立，可用于模擬所研究系統(tǒng)的輸入電源。 3 光伏電池的特性、結(jié)構(gòu)原理和最大功率點(diǎn)跟蹤方法 光伏陣列是分布式光伏并網(wǎng)電站系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其 IV 特性是太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度和光伏模塊參數(shù)的非線(xiàn)性函數(shù)。 系統(tǒng)控制器 系統(tǒng)控制器保證了并網(wǎng)變流器輸出的電流與電網(wǎng)同頻同相，并實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤，通過(guò) DSP等微處理器完成預(yù)計(jì)的系統(tǒng)功能。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)。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。 光伏并網(wǎng)逆變器 [22] 將直流電變換成交流電的設(shè)備。 通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接的太陽(yáng)能電池被密封成的物理單元被稱(chēng)為光伏組件，具有一定的防腐，防風(fēng)，防雹，防雨的能力，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和系統(tǒng)。光伏組建包含一定數(shù)量的太陽(yáng)能電池，這些太陽(yáng)能電池通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接。 光伏組件 一個(gè)太陽(yáng)能電池只能產(chǎn)生大約 伏的電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際使用所需電壓。 圖 光伏系統(tǒng)發(fā)電原理圖 SPV 光伏系統(tǒng)主 要由電池組件方陣、充電控制器（可選）、蓄電池組（可選）、并網(wǎng)逆變器、升壓裝置等幾部分組成，其工作過(guò)程如下 [22]： 第一步，光伏電池組件吸收太陽(yáng)光將其轉(zhuǎn)化為直流電； 第二步，直流電在控制器的控制下向蓄電池充電（可選）； 第三步，逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)頻率及相位保持同步的交流電； 最后，交流電通過(guò)升壓裝置將電量輸給電網(wǎng)。白天有日照時(shí)，太陽(yáng)能電池方陣發(fā)出的電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器將電能直接輸送到交流電網(wǎng)上，或?qū)⑻?yáng)能所發(fā)出的電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器直接為交流負(fù)載供電。 2． 2． 2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理 太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)原理制成的，它是將太陽(yáng)輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。如將 PN 結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)不斷地有電流流過(guò)電路， PN 結(jié)起了電源的作用，這就是太陽(yáng)能電池發(fā)電的基本工 作原理。由于光照產(chǎn)生的非平衡載流子各自向相反方向漂移，從而在內(nèi)部構(gòu)成自 N區(qū)流向 P區(qū)的光生電流，在 PN 結(jié)短路情況下構(gòu)成短路電流。當(dāng)太陽(yáng)光照射 PN 結(jié)時(shí)，在半導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，由于 PN 結(jié)勢(shì)壘區(qū)存在著較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場(chǎng)，因而產(chǎn)生在勢(shì)壘區(qū)中的非平衡電子和空穴，或者產(chǎn)生在勢(shì)壘區(qū)外但擴(kuò)散進(jìn)勢(shì)壘區(qū)的非平 衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場(chǎng)的作用下，電子被驅(qū)向 N 型區(qū)，空穴被驅(qū) 5 向 P 型區(qū)。當(dāng)在太陽(yáng)光輻射時(shí)，電子就會(huì)擺脫原子核的束縛而成為自由電子，并同時(shí)在它的原來(lái)地方留出一個(gè)空位，即半導(dǎo)體物理學(xué)中所謂的“空穴”。 眾所周知，物體的原子是由原子核和電子組成的。這種現(xiàn)象就是著名的光生伏打 效應(yīng)。所謂光生伏打效應(yīng)，簡(jiǎn)言之，就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。由于太陽(yáng)能電池陣列是由若干太陽(yáng)能電池組件串、并聯(lián)而成，為此，下面我們將介紹太陽(yáng)能電池的工作原理 [12]。并且并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分散式發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生不良的影響，如諧波污染，孤島效應(yīng)等。 2．系統(tǒng)的造價(jià)成本高，太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)制造成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)能源，使其在短時(shí)間內(nèi)不能得以廣泛推廣。聯(lián)網(wǎng)太陽(yáng)能光伏系 統(tǒng)是世界各發(fā)達(dá)國(guó)家在光伏應(yīng)用領(lǐng)域競(jìng)相發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，是世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主流發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)巨大，前景廣闊。 分布式建設(shè)