改進(jìn)后的光伏

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1、獨(dú)立光伏系統(tǒng)中MPPT控制方法綜述1引言太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)是世界發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。為實(shí)現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，世界各國(guó)均將太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為新能源與可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)。因其清潔、安全、無噪聲、無污染、壽命長(zhǎng)、資源永不枯竭等特點(diǎn)，太陽(yáng)能被廣泛的運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域中，光伏產(chǎn)業(yè)的不斷興起，它將是未來的主導(dǎo)能源之一。由于光伏電池的輸出電壓和輸出電流隨著日照強(qiáng)度和電池結(jié)溫的變化具有強(qiáng)烈非線性，因此在特定的工作環(huán)境下存在一個(gè)唯一的最大功率輸出點(diǎn)(MPP)。在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，自然光的輻照強(qiáng)度及透光率均在不斷的變化，為了在同樣的日照強(qiáng)度和電池結(jié)溫下獲得盡可能多的電能，就存在一個(gè)最大功率點(diǎn)輸

2、出跟蹤(MPPT)的問題。光伏系統(tǒng)可以分為三類：獨(dú)立光伏系統(tǒng)、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、混合系統(tǒng)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于山區(qū)或偏遠(yuǎn)地區(qū)等市電無法到達(dá)的地方。其設(shè)備的容量通常在數(shù)十到數(shù)百瓦之間。其供電可靠性受氣象環(huán)境、負(fù)荷等因素影響很大，供電穩(wěn)定性也相對(duì)較差，很多時(shí)候需要加裝能量?jī)?chǔ)能和能量管理環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本文對(duì)常用的MPPT控制方法進(jìn)行了分類分析并重點(diǎn)對(duì)一些更適用的MPPT控制方法進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合進(jìn)行了闡述與分析。圖1獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2最大功率點(diǎn)的跟蹤(MPPT)2.1太陽(yáng)能電池的光伏特性圖2結(jié)溫不變光照強(qiáng)度變化圖圖2是光伏電池結(jié)溫不變，太陽(yáng)光照強(qiáng)度變化時(shí)的一組和特性曲線，從圖

3、中可以得出以下結(jié)論[26,27]①光伏電池的短路電流隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而變大，兩者近似為比例關(guān)系；光伏電池的開路電壓在各種日照強(qiáng)度下變化不大；②光伏電池的最大輸出功率隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而變大，且在同一日照環(huán)境下有唯一的最大輸出功率點(diǎn)。在最大功率點(diǎn)左側(cè)，輸出功率隨電池端電壓上升呈近似線性上升趨勢(shì)，到達(dá)最大功率點(diǎn)后，輸出功率開始快速下降，且下降速度遠(yuǎn)大于上升速度；③如圖所示：在虛線的左側(cè)，光伏電池的特性近似為電流源，右側(cè)近似為電壓源。虛線對(duì)應(yīng)最大功率點(diǎn)時(shí)光伏電池的工作電流，約為電池短路電流的；④如圖所示：結(jié)溫一定的情況下，光伏電池最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓值基本不變。該值約為開路電壓的。圖3

4、為光伏電池日照強(qiáng)度不變、結(jié)溫變化情況下的一組和特性曲線，從圖中可以得出以下結(jié)論：圖3①如圖所示：光伏電池的結(jié)溫對(duì)光伏電池的短路電流影響不大，隨著溫度的上升輸出短路電流只是略有增加；光伏電池的開路電壓隨電②如圖所示：光伏電池輸出功率總的變化趨勢(shì)與不同日照條件下的功率變化相似。但相同日照情況下其最大輸出功率隨電池溫度的上升而下降，且最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工作電壓隨溫度上升而下降。綜上所述，光伏電池的輸出功率與它所受的日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度有密切的關(guān)系。在不同外部環(huán)境情況下，光伏電池的輸出功率會(huì)有較大的變化。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)必須采用相關(guān)電路和控制方法對(duì)輸出功率加以控制使其輸出最大功率。2.2M

5、PPT原理光伏電池的輸出與日照強(qiáng)度和環(huán)境的溫度有很大的關(guān)系，為了使光伏電池在任意的日照和溫度下，都能有最大功率輸出，即光伏電池始終工作在最大功率點(diǎn)處，首先要確定最大功率點(diǎn)在光伏電池伏安特性曲線上位置。圖2、3分別表示了同一溫度、不同的日照強(qiáng)度下和不同的溫度、同一日照強(qiáng)度下光伏電池的特性曲線，為便于說明，將光伏陳列的輸出特性重新繪制如圖4所示。假定圖中曲線1和曲線2為兩不同日照強(qiáng)度下光伏陳列的輸出特性曲線，A點(diǎn)和B點(diǎn)分別為相應(yīng)的最大功率輸出點(diǎn)；并假定某一時(shí)刻，系統(tǒng)運(yùn)行在A點(diǎn)。當(dāng)日照強(qiáng)度發(fā)生變化，即光伏陳列的輸出特性由曲線1上升為曲線2。此時(shí)如果保持負(fù)載1不變，系統(tǒng)將運(yùn)行在A,點(diǎn)，

6、這樣就偏離了相應(yīng)日照強(qiáng)度下的最大功率點(diǎn)。為了繼續(xù)跟蹤最大功率點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)將系統(tǒng)的負(fù)載特性由負(fù)載1變化至負(fù)載2，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在新的最大功率點(diǎn)B。同樣，如果日照強(qiáng)度變化使得光伏陣列的輸出特性由曲線2減至曲線1，則相應(yīng)的工作點(diǎn)由B點(diǎn)變化到B,點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)相應(yīng)的減小負(fù)載2至負(fù)載1以保證系統(tǒng)在日照強(qiáng)度減少的情況下仍然運(yùn)行在最大功率點(diǎn)A。圖4從理論上講，只要將光伏電池與負(fù)載完全匹配、直接耦合(如被充電的蓄電池類負(fù)載)，光伏電池就能處于高效狀態(tài)，負(fù)載的伏安特性曲線與最大功率點(diǎn)軌跡曲線即可重合或漸近重合，即光伏電池實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤。但在日常生活中很難滿足負(fù)載與光伏電池的直接耦合條件。這時(shí)，往往需

7、要增加一個(gè)最大功率跟蹤器，來實(shí)現(xiàn)負(fù)載與光伏電池間達(dá)到最佳的匹配[14-19]。（超牛論文），下圖為光伏電池與其負(fù)載之間的一個(gè)簡(jiǎn)化的線性電路原理圖(加入文獻(xiàn))：圖5對(duì)于圖5所示線性電路，負(fù)載上的功率為：方程兩邊對(duì)求導(dǎo)，因?yàn)?、都是常?shù)，所以可得當(dāng)時(shí)，有最大值。對(duì)于線性電路來說，當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，電源有最大功率輸出。雖然光伏電池和轉(zhuǎn)換電路都是強(qiáng)非線性的，然而在極短時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為是線性電路。因此只要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路的等效電阻使它盡可能的接近光伏電池的內(nèi)阻，就可以實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大輸出。由光伏電