首善信達(dá)：光伏逆變器MPPT的作用、原理以及算法

2018-06-14 17:15:23

首善信達(dá)作為光伏行業(yè)老兵，成立10年來，從最初的5人發(fā)展到今天擁有近50人的營銷團(tuán)隊(duì)，截止到現(xiàn)在已擁有9家國內(nèi)分銷商，擁有終端客戶160多家。10年來累計(jì)直接或間接為客戶提供了五萬多套光伏發(fā)電系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于通訊基站、野外監(jiān)控、海島供電、居民生活用電、野外施工用電等。

最近,光伏逆變器圈里都在討論MPPT，但是滿眼看過去都是各種圖表和專有名詞，首善信達(dá)特別推出了這期MPPT知識(shí)普及小文，各位光伏小白再也不用擔(dān)心看不懂MPPT啦。

MPPT是逆變器非常核心的技術(shù)，MPPT電壓在進(jìn)行光伏電站設(shè)計(jì)中一項(xiàng)非常關(guān)鍵的參數(shù),首先我們來認(rèn)識(shí)一下什么是MPPT:

MPPT控制器的全稱“最大功率點(diǎn)跟蹤”(Maximum Power Point Tracking)太陽能控制器，是傳統(tǒng)太陽能充放電控制器的升級(jí)換代產(chǎn)品。MPPT控制器能夠?qū)崟r(shí)偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統(tǒng)以最大功率輸出對(duì)蓄電池充電。應(yīng)用于太陽能光伏系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)太陽能電池板、蓄電池、負(fù)載的工作，是光伏系統(tǒng)的大腦。

最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)是一種通過調(diào)節(jié)電氣模塊的工作狀態(tài)，使光伏板能夠輸出更多電能的電氣系統(tǒng)能夠?qū)⑻柲茈姵匕灏l(fā)出的直流電有效地貯存在蓄電池中，可有效地解決常規(guī)電網(wǎng)不能覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)及旅游地區(qū)的生活和工業(yè)用電，不產(chǎn)生環(huán)境污染。

MPPT的作用是什么?

由于太陽能電池收到光強(qiáng)以及環(huán)境等外界因素的影響，其輸出功率是變化的，光強(qiáng)發(fā)出的電就多，帶MPPT最大功率跟蹤的逆變器就是為了充分的利用太陽能電池，使之運(yùn)行在最大功率點(diǎn)。也就是說在太陽輻射不變的情況下，有MPPT后的輸出功率會(huì)比有MPPT前的要高，這就是MPPT的作用所在。

就假設(shè)說MPPT還沒開始跟蹤，這時(shí)組件輸出電壓是500V，然后MPPT開始跟蹤之后，就開始通過內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)回路上的電阻，以改變組件輸出電壓，同時(shí)改變輸出電流，一直到輸出功率最大(假設(shè)是550V最大)，此后就不斷得跟蹤，這樣一來也就是說在太陽輻射不變的情況下，組件在550V的輸出電壓情況，輸出功率會(huì)比500V時(shí)要高，這就是MPPT的作用。

最大功率點(diǎn)跟蹤的原理

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前太陽能電池陣列的MPPT控制一般是通過DC/DC變換電路來完成的。其原理框圖如下圖所示。

光伏電池陣列與負(fù)載通過DC/DC電路連接，最大功率跟蹤裝置不斷檢測光伏陣列的電流電壓變化，并根據(jù)其變化對(duì)DC/DC變換器的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)。

MPPT系統(tǒng)原理框圖

對(duì)于線性電路來說，當(dāng)負(fù)載電阻等于電源的內(nèi)阻時(shí)，電源即有最大功率輸出。雖然光伏電池和DC/DC轉(zhuǎn)換電路都是強(qiáng)非線性的，然而在極短的時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為是線性電路。因此，只要調(diào)節(jié)DC-DC轉(zhuǎn)換電路的等效電阻使它始終等于光伏電池的內(nèi)阻，就可以實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大輸出，也就實(shí)現(xiàn)了光伏電池的MPPT。

MPPT的算法

目前，光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)，國內(nèi)外已有了一定的研究，發(fā)展出各種控制方法常，常用的有一下幾種：恒電壓跟蹤法(Constant Voltage Tracking簡稱CVT)、干擾觀察法(Perturbation And Observationmethod簡稱P&O)、增量電導(dǎo)法(Incremental Conductancemethod簡稱INC)、基于梯度變步長的電導(dǎo)增量法等等。(這些算法只能用在無遮擋的條件下)

1)單峰值功率輸出的MPPT的算法

目前，在無遮擋條件下，光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的控制方法常用的有以下幾種：

恒電壓跟蹤法(Constant Voltage Tracking簡稱CVT)

干擾觀察法(Perturbation And Observationmethod簡稱P&O)

增量電導(dǎo)法(Incremental Conductancemethod簡稱INC)

基于梯度變步長的電導(dǎo)增量法，等等。

2)多峰值功率輸出MPPT算法

普通的最大功率跟蹤算法，如擾動(dòng)觀測發(fā)和電導(dǎo)增量法在一片云彩的遮擋下就有可能失效，不能實(shí)現(xiàn)真正意義的最大功率跟蹤。目前，國際上也有人提出了多峰值的MPPT算法，主要包含如下三種：

結(jié)合常規(guī)算法的復(fù)合MPPT算法

Fibonacci法

短路電流脈沖法

總結(jié)：