光伏发电系统的MPPT控制技术.pdf

光伏发电系统的MPPT控制技术 主讲人：张娜 E- mail :unrpower@ 绪 论 1. 摘要 随着全球经济的发展，传统的能源为我们带来优质生活的同时，也越来越严重的 危害着我们的生存环境，越来越多的国家开始关注能源利用。最近几年，光伏发电发 电迅猛发展，它有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点，因而越来越受大家 的关注。由于光伏电池是采用半导体硅材料来制造，其转换效率一般为14％～17％， 最高商业转换效率也才22%。为了让光伏电池阵列在同样日照、温度的条件下输出更 多的电能，需要一个最大功率点追踪的装置，在任何时刻都可能获得由光伏电池的最 大输出功率，所以在光伏发电系统上需要引入MPPT这一概念。 2. MPPT简介 MPPT实际上是一个阻抗变换器，它是连接在太阳能电池和负载之间的一级功率 变换电路。通过测量太阳能电池电压、电流和功率，以及比较它们之间的变化关系， 决定当前功率点与峰值点的位置关系，然后控制电流（或电压）向最大功率点附近 移动，使当前的输出功率点与最大功率点保持一致，到达最大功率点追踪的目的。 MPPT的真正作用 首先我们举一个非常简单而又常见的应用的例子来说明MPPT的重要性： 图1:太阳能电池给蓄电池充电 太阳能电池部分基本参数为： 蓄电池基本参数： Pmax=100W; 电压：DC12V Voc=23V; 容量：100AH Vmp=18V Imp=5.6A 当太阳能电池在理想的工作的条件下，接入蓄电池进行充电，如图1所示。 当此时蓄电池电压为11V情况下，此时太阳能电池板工作电压被蓄电池电压钳 位，也同时为11V，而太阳能电池板的工作电流在光照理想的情况下，最大为 5.6A，此时我们可以计算出此时真正的太阳能电池输出的有效功率为： Pout=11*5.6=61.6W ； 如果随着充电时间延长，蓄电池电压变成12V，此时输出的有效功率为： Pout=12*5.6=67.2W； 从以上情况可以看出，虽然太阳能电池板具备了自身输出最大功率的条件，但是由于外 部负载的关系，限制了这种特性的输出。所以我们必须引入MPPT装置来解决这一问题。 一个简单解决办法如下所示： 图2： • 采用BUCK同步整流电路DC-DC来匹配太阳能电池和蓄电池之间的阻抗，使太 阳能电池板的输出功率逼近Pmax，由于改变了输入输出之间的关系，设DC- DC级效率为96%，忽略MPPT跟踪效率，此时太阳能电池的输出功率为: Psout=18*5.6A≈100W; • BUCK输出功率为： PDC out=18*5.6A*96%≈96W; • 采用MPPT，蓄电池电压不在钳位太阳能电池电压，所以让太阳能电池板能够 输出最大功率通过DC-DC变换，使蓄电池获得最高的充电功率所对应的电流和 电压。这一方式可以大大提高充电效率和最高利用太阳能电池发电，比直接接 入蓄电池充电的方式可以提高30-40% 以上的效率。 MPPT的实现方式 • 1 恒定电压法 • 2 扰动观测法 • 3 电导增量法 • 4 改进算法 • 1 恒定电压 法 首先我们来看看标准的太阳能电池的P-U特性曲线 图3：特性曲线 • 由以上图可以得知，最大功率点点处的电压值大概位于0. 7～0. 9倍Voc (开路电压) 左右,恒定电压法是把太阳能电池开路电压的70 %～90 %作 为最大功率点对应的电压,从而计算出最大功率。但是事实上最大功率点 电压与