MPPT算法及逆变器应用.pdf

优化太阳能系统新招：利用微型逆变器连接太阳能板 电源转换最大化 MPPT算法 电源逆变器 应用分析 :2010 07 08 上网时间 年 月 日 优化太阳能系统效率和可靠性的一种较新方法是使用连接至每个单独太阳能板的微型逆变器。为每个太阳 能板都安装其自己的微型逆变器，让系统可以适应其变化的负载和空气环境，从而为单个太阳能板和整个 系统提供最佳的转换效率。微型逆变器构架还实现了更 单的布线，从而实现更低的安装成本。通过提高 用户太阳能系统的效率可缩短系统的初始技术投入回报时间。 1：传统的电源转换器构架包括一个太阳能逆变器，其从一个PV阵列接收低DC输出电压，然后产生AC 线压。 电源逆变器是太阳能发电系统中关键的电子组件。在一些商业应用中，这些组件连接光伏(PV)板、存储电 荷的电池以及局域配电系统或公共电网。图1显示的是一款典型的太阳能逆变器，它从PV阵列DC输出获得 非常低的电压，然后将其转换成DC电池电压、AC线压和配电网电压的某种组合。 在一个典型的太阳能采集系统中，多块太阳能板以并联方式连接到一个单逆变器，该逆变器将多个PV单元 的可变DC输出转换成一种清洁的正弦曲线50Hz或60Hz电压源。 1 (MCU) TMS320C2000 MSP430 另外，应该注意的是，图 中微型控制器 模块、 或 微型控制器一般包括脉宽 (PWM) A/D 调制 模块和 转换器等关键片上外围器件。 ( MPPT) 主要设计目标是最大化转换效率。这是一个复杂、反复的过程，涉及了算法最大功率点追踪算法， 以及执行这些算法的实时控制器。 电源转换最大化 不使用MPPT算法的逆变器只是将模块直接连接到电池，强制它们在电池电压下工作。几乎无一例外，电 池电压并非是采集最大化可用太阳能的理想值。 2：相比非MPPT系统的53W，最大功率点追踪(MPPT)算法实现了75W PV输出。 2 MPPT 53W (MPPT) 75W PV 图 相比非 系统的 ，最大功率点追踪 算法实现了 输出。 图2描述了一个典型75W模块和25 °C 电池温度的传统电流/ 电压特性。虚线代表电压(PV伏特)与功率(PV瓦 特)的关系。实线表示电压与电流(PV安培)的关系。正如图2所示，12V条件下，输出功率约为53W 。换句 PV 12V 53W 话说，强制 模块在 下工作后，功率被限定在约 。 实施MPPT算法后，情况大为不同。本例中，模块达到最大功率时的电压为17V 。因此，MPPT算法的作用 是让模块工作在17V 电压下，从而获得满75W功率，其与电池电压无关。 高效DC/DC电源转换器将控制器输入端的17V模块电压转换为输出端的电池电压。由于DC/DC转换器将 17V 电压逐步降至12V ，因此本例中MPPT系统的电池充电电流为： (VMODULE/VBATTERY) IMODULE (17V/ 12V) 4.45A = 6.30A × 或 × 。 假设DC/DC转换器为100% 转换效率，则1.85A充电电流增加，也即可达到42% 。 尽管本例假定逆变器正处理来自一个单太阳能板的能量，但传统系统一般拥有许多连接至一个单逆变器的 太阳能板。这种拓扑结构在具有 多优点的同时也存在一些不足，具体情况取决于应用。 MPPT算法 MPPT算法主要有三种：扰动观察法、电导增量法和恒定电压法。前两种方法通常被称作 “爬山”法，因 为它们利用这样一个事实：MPP左侧曲线不断上升(dP/dV0)而MPP右侧曲线不断下降(dP/dV0) 。 扰动观察法(PO)最为常见。该算法以特定方向对工作电压进行微扰，然后对dP/dV进行采样。如果dP/dV 为正，则算法知道其朝MPP方向调节了电压。然后，继续以该方向调节电压，直到dP/dV为负。 PO算法很容易实施，但有时它们会导致稳定状态运行的MPP周围出现振荡。另外，在快速变化的空气条 件下，它们