【正文】 第 4 章 光伏電池和 MPPT 技術(shù)研究 16 *PU??=0時(shí)，則 U(k+1)的值等于 U(k)，流程一直循環(huán)下去。首先也是設(shè)定 Ur 和 step 的初值。改進(jìn)前步長(zhǎng)是一定的，因此它不能穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)處，現(xiàn)在我們嘗試找一種方法，當(dāng)干擾方向錯(cuò)誤時(shí)，能使得步長(zhǎng)變小，它就會(huì)離最大功率點(diǎn)位置更近，如此反復(fù)，它就會(huì)最終落在最大功率點(diǎn)處。我們將這種方法做了如下改進(jìn)。當(dāng) Po=P(k 時(shí)，循環(huán)結(jié)束， 光伏電池的實(shí)時(shí)工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)附近震蕩?！?U《 0 時(shí)，則 Ur 的值減去 step 的設(shè)定值，一直循環(huán)下去，直到 Po=P(k)；如果△ P》 0，△ U0，則 Ur 的值減去 step 的設(shè)定值，一直循環(huán)下去，直到 Po=P(k)。 干擾觀察法 控制流程圖如圖 48 所示。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(shí)改變負(fù)載的阻抗和其它一些參數(shù)，使得在每一時(shí)刻光伏電池都能輸出最大功率。 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(yùn)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(duì)比圖 41和 42，跟預(yù)期的仿真結(jié)果一致。 Ipv：輸出電流。 S:光伏陣列表面承受的太陽輻射強(qiáng)度。 , , ,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)。 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(qiáng)度， aT 為環(huán)境溫度。 sh )s(}1])({ e x p [ R IRVA K TR s IVqIoIsI ?????? （ ） Rs?0， Rsh? ?，因此（ 4,1）可化為 。 光伏電池的結(jié)構(gòu) 圖 43 圖 43中 Is 為理想電流源。功率是電壓和電流的乘積，因此電壓或者電流任一個(gè)量發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)影響到功率的輸出大小。圖 42 可見，電壓相同的情況下，在 Vpv14V 時(shí)，溫度對(duì)輸出功率沒有影響，而當(dāng)電壓大于 14V 小于 25V 時(shí)，輸出功率與溫度大致呈正比關(guān)系。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 41 圖 41可見，光照強(qiáng)度一定時(shí)，電壓 VI曲線并非呈簡(jiǎn)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。圖 41右圖表示了在一定光照強(qiáng)度下，輸出功率與電壓的關(guān)系曲線。下面幾章我們將分別研究這幾個(gè)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。MPPT 模塊對(duì)光伏電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(diǎn)處。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。 （ 4）繼電保護(hù)裝置 當(dāng)電路中發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置可以迅速動(dòng)作，切斷故障電流，避免過大的電流流過系統(tǒng)時(shí)，引起設(shè)備發(fā)熱甚至損壞，從而使得光伏發(fā)電系統(tǒng)一直工作在安全狀態(tài)。 （ 3）系統(tǒng)控制器 (MPPT) MPPT 即 Maximum Power Point Tracking 的簡(jiǎn)稱，中文意思為最大功率點(diǎn)跟蹤。在電力電子變流技術(shù)中，我們學(xué)過單相和三相逆變電路、有源逆變和無源逆變電路、單相半橋和單相全橋逆變電路、正弦和非正弦逆變電路等。 （ 2）光伏并網(wǎng)逆變器 太陽能電池直接輸出的是直流電，可供電給消耗直流電的負(fù)載。光伏電池的輸出量不穩(wěn)定，還需要進(jìn)行波形的調(diào)整，AC/DC 的變換等過程才可以接入電網(wǎng)。 圖 25 第 2 章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 7 2． 2． 3 系統(tǒng)主要組件介紹 （ 1）光伏電池 光伏電池就是在光照情況下，可以產(chǎn)生電流的器件。 2． 2． 2 發(fā)電原理 如圖 25 是光伏系統(tǒng)發(fā)電原理圖，我們看到：在光照條件下，光伏組件產(chǎn)生直流電，實(shí)現(xiàn)光能與電能之間的單向轉(zhuǎn)換。其過程如圖 24所示： 圖 24 只要太陽能電池不處在黑暗環(huán)境中，就有源源不斷的電流往外輸出。 圖 23是 PN 結(jié) 的形成過程 。 當(dāng)我們?cè)?Si 中加入 P 時(shí)，由于 P 的核外電子數(shù)為五，根據(jù)化學(xué)規(guī)律， 磷原子 非 常不穩(wěn)定，容易失去一個(gè)電子，這樣就形成了 P型半導(dǎo)體 。 圖 22 圖 22中，負(fù)電荷代表圍繞在硅原子旁的四個(gè)電子，硼原子用黃色圓圈表示，由于硼原子有三個(gè)核外電子，所以非常容易吸收其他電子而發(fā)生中和，從而形成 N型半導(dǎo)體 。 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其組件介紹 2． 2． 1 太陽能電池的工作原理 為了了解光伏電池的工作原理，我們首先要熟悉半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，如圖 21 所示 ： 第 2 章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 5 圖 21 硅原子用圖 21 中的正電荷表示，正電荷被四個(gè)負(fù)電荷包圍。如單塊的電池只能給小功率的負(fù)荷供電。在夏季中午時(shí)分光照強(qiáng)度最強(qiáng)，輸出功率要高于其他時(shí)刻。 （ 4） 可以減輕電網(wǎng)輸配電能的負(fù)擔(dān)，降低線路損耗，有助于電網(wǎng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 （ 2） 發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電直接接入電網(wǎng)，無需加蓄電池，降低了發(fā)電成本，且避免了蓄電池對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。具體介紹如下： 優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 利用對(duì)環(huán)境無污染的清潔能源 —— 太 陽能發(fā)電，減少了化石燃料燃燒后產(chǎn)生的有害氣體對(duì)空氣的污染。目前可分為大型集中式和小型分散式電站，由于太陽能的能量密度不高，且每個(gè)地區(qū)的光照強(qiáng)度不一樣，限于這些原因，目前應(yīng)用較廣泛的是小型分散式電站。屆時(shí)，我國(guó)的光伏發(fā)電將進(jìn)入一個(gè)新的高速發(fā)展期。根據(jù)目前光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，到本世紀(jì)中葉，光伏電站的總裝機(jī)容量將達(dá)到一億五千瓦， 相當(dāng)于 60 個(gè)大型 燃 煤電廠 的規(guī)模，節(jié)約煤礦資源，保護(hù)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)愈加突出 。進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)又制定了多項(xiàng)政策和制度支持光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展。 國(guó)內(nèi) 太陽電池的研究 起源于上世紀(jì)五十年代 ， 最早應(yīng)用在衛(wèi)星上，如東方紅系列 衛(wèi)星就載有太陽能電池板。所以 開發(fā) 價(jià)格更低 、 效率更高 、壽命 愈長(zhǎng) 的太陽電池 已 成為 了 世界各國(guó)攻關(guān)的焦點(diǎn) 和難題 。如太陽能驅(qū)動(dòng)的玩具小車，裝有太陽能電池板的路燈等 ；三 ， 并網(wǎng)發(fā)電， 這是未來太陽能利用方面的主流趨勢(shì)。因此，光伏發(fā)電在我們身邊隨處可見，使用場(chǎng)合非常廣泛。在馬路上也可以看到太陽能路燈，節(jié)省了成本。光伏電池就是利用這一原理來對(duì)負(fù)荷進(jìn)行供電。因此，積極發(fā)展太陽能等新型能源，不但可以使得地球上的清潔能源充分利用，而且是維持人類社會(huì)發(fā)展的必經(jīng)之路。如果不降低天然氣的開采量，這種資源 將在 2045 年 消耗殆盡。圖 11顯示了中國(guó)與世界常規(guī)能源剩