太阳能光伏发电最大功率点跟踪技术

太阳能光伏发电最大功率点跟踪技术光伏阵列输出特性具有非线性特征，其输出受光照强度、环境温度和负载情况影响。在一定的光照强度和环境温度下，光伏电池可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏电池的输出功率才能达到最大值，这时光伏电池的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点(maximumpowerpoint，MPPT)。光照强度和温度下降都会导致光伏电池的最大功率点下移1000W/m2800W/m2600W/m2400W/m2功率P电压UO光伏电池输出特性随光照的变化曲线光伏电池输出特性随温度的变化曲线25℃35℃45℃55℃功率P电压UO3因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，这一过程就称之为最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)。§1.MPPT基本原理从理论上讲，只要将光伏电池与负载完全匹配、直接耦合（如负载为被充电的蓄电池），负载的伏安特性曲线与最大功率点轨迹曲线即可重合或渐进重合，使光伏电池处于高效输出状态。但在日常应用中，很难满足负载与光伏电池的直接耦合条件。因此，要提高光伏发电系统的整体效率，一个重要的途径就是实时变更系统负载特性，即调整光伏电池的工作点，使之能在不同的日照和温度下始终让光伏电池工作在最大功率点附近，这一跟踪过程就称为最大功率点跟踪。一、MPPT技术的基本原理和性能检测方法I(mA)U(mV)O曲线1曲线2负载1负载2A1A2B2B1最大功率点A1→最大功率点B1(条件：将系统负载特性由负载1改为负载2)最大功率点B1→最大功率点A1(条件：将系统负载特性由负载2改回至负载1)二、MPPT技术的基本原理和性能检测方法由此可见，光伏发电系统中的MPPT控制策略，就是先根据实时检测光伏电池的输出功率，再经过一定的控制算法预测当前工况下光伏电池可能的最大功率输出点，最后通过改变当前的阻抗或电压、电流等电量等方式来满足最大功率输出的要求。这样，不论是因外部光照强度变化，还是因内部光伏电池的结温变化使得光伏电池的输出功率减少，系统始终可以自动运行于当前工况下的最佳工作状态，达到最大功率输出，从而可提高整个光伏发电系统转换效率。二、MPPT技术的基本原理和性能检测方法光伏电池等效电路图电流的流向可得光伏电池的输出特性方程：光伏电池的输出电流与输出电压关系图光伏电池的输出功率与输出电压关系图由上图可以知道，在一定的温度和日照强度下，光伏电池的输出电压和输出电流之间具有非线性的关系，并且具有唯一的最大功率点MPP(MaximumPowerPoint)。在光伏系统中，通常要求光伏电池的输出功率保持在最大，即光伏电池工作在最大功率点，从而提高光伏电池的转换效率，达到充分利用太阳能的目的。课题内容：利用四个光伏电源模型，两两串联再并联，组成一个光伏阵列，给定温度及四个电源的光照强度（800,900,1000,1100），实现光伏阵列的最大功率跟踪。最大功率点处的光伏电池输出功率PPV与输出电压UPV满足条件由此可得式中，G为输出特性曲线的电导；dG为电导G的增量。由于增量dUPV和dIPV可以分别用ΔUPV和ΔIPV来近似代替，可得：PVPVPVPVPVPVPVPVPV0dUIdPdIIUdUdUdUPVPVPVPV0IdIGdGUdUPV2PV2PV2PV1PV2PV2PV2PV1dUtUtUtUtdItItItIt由上述公式推导，可得系统运行点与最大功率点的判据如下：①G+dG0，则UPVUMPP，需要适当增大参考电压来达到最大功率点；②G+dG0，则UPVUMPP，需要适当减小参考电压来达到最大功率点；③G+dG=0，则UPV=UMPP，此时系统正工作在最大功率点处；最大功率点3002502001501005000102030405060708090输出电压（V）输出功率（W）PVPV0dPdUPVPV0dPdUPVPV0dPdU常用的最大功率点跟踪算法光伏电池仿真模型设计仿真结果