太陽(yáng)能應(yīng)用檢測(cè)與控制技術(shù)-教學(xué)課件-呂勇軍-鞠振河-第9章-光伏發(fā)電最大功率跟蹤技術(shù)

在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：教材其余課件及動(dòng)畫(huà)素材請(qǐng)查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187

或者直接輸入下面地址：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http://www.shangfuwang12022/11/242太陽(yáng)能應(yīng)用

檢測(cè)與控制技術(shù)2022/11/222太陽(yáng)能應(yīng)用

檢測(cè)與控制技術(shù)概述第9章光伏發(fā)電最大功率跟蹤技術(shù)9.1最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3最大功率跟蹤算法9.2概述第9章光伏發(fā)電最大功率跟蹤技術(shù)9.1最大功率跟蹤系統(tǒng)中的9.1概述

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池的利用率除了與光伏電池的內(nèi)部特性有關(guān)外，還受輻照度、負(fù)載和溫度等因素的影響。在不同的外界條件下，光伏電池可運(yùn)行在不同且唯一的最大功率點(diǎn)（MaximumPowerPoint，MPP）上。因此，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)尋求光伏電池的最優(yōu)工作狀態(tài)，以最大限度地將光能轉(zhuǎn)化為電能。利用控制方法實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出運(yùn)行的技術(shù)被稱為最大功率點(diǎn)跟蹤（MaximumPowerPointTracking，MPPT）技術(shù)。9.1概述在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電9.2最大功率跟蹤算法

最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)實(shí)施最重要的是尋找合適的MPPT控制算法，能在快速變化的外界環(huán)境條件下有效地跟蹤最大功率點(diǎn)，控制光伏電池陣列，使其時(shí)刻工作在最大功率點(diǎn)上。實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤有多種不同的方法，如開(kāi)路電壓法、短路電流法、擾動(dòng)觀察法、增量電導(dǎo)法、模糊控制法、查表法、滯環(huán)比較法、曲線擬合法等。目前，常用的方法主要是開(kāi)路電壓法、擾動(dòng)觀察法和增量電導(dǎo)法。9.2最大功率跟蹤算法最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)實(shí)施最重9.2最大功率跟蹤算法9.2.1開(kāi)路電壓法與短路電流法1．開(kāi)路電壓法

由圖9-1可知，在輻照度大于一定值并且溫度變化不大時(shí)，光伏電池的輸出P-U曲線上的最大功率點(diǎn)幾乎分布于一條垂直直線的兩側(cè)。因此，若能將光伏電池輸出電壓控制在其最大功率點(diǎn)附近上的某一定電壓處，光伏電池將獲得近似的最大功率輸出，這種MPPT控制稱為定電壓跟蹤法。

研究發(fā)現(xiàn)，光伏電池的最大功率點(diǎn)電壓Umpp與光伏電池的開(kāi)路電壓Uoc之間存在近似的線性關(guān)系，即

（9-4）式中，系數(shù)k1取決于光伏電池的特性，一般取值大約在0.8左右9.2最大功率跟蹤算法9.2.1開(kāi)路電壓法與短路電流9.2最大功率跟蹤算法k1的值一旦確定下來(lái)，通過(guò)周期性地采樣開(kāi)路電壓Uoc的值，就可根據(jù)式（9-4）計(jì)算出Umpp的值，作為光伏電池陣列輸出電壓調(diào)整的目標(biāo)參考值，此時(shí)光伏電池陣列在整個(gè)工作過(guò)程中將近似工作在最大功率點(diǎn)處。

由于該方法只是對(duì)最大功率點(diǎn)處的電壓Umpp進(jìn)行估計(jì)，并沒(méi)有真正去跟蹤檢測(cè)最大功率點(diǎn)，因此該方法控制的適應(yīng)性較差。而且為了提高跟蹤精度，需要周期性地?cái)嚅_(kāi)后續(xù)功率轉(zhuǎn)換器電路，采樣光伏電池陣列的開(kāi)路電壓，這將帶來(lái)短時(shí)間的功率損失。為了解決這一問(wèn)題，可以利用一塊與所需采樣的太陽(yáng)能光伏陣列特性相同的小的光伏電池板實(shí)時(shí)采樣光伏陣列開(kāi)路電壓的方法，此方法可以克服短時(shí)功率損失這一缺點(diǎn)。9.2最大功率跟蹤算法k1的值一旦確定下來(lái)，通過(guò)9.2最大功率跟蹤算法圖9-1相同溫度下光伏電池特性9.2最大功率跟蹤算法圖9-1相同溫度下光伏電池特性9.2最大功率跟蹤算法2．短路電流法

由圖9-1可知，在輻照度大于一定值并且溫度變化不大時(shí)，光伏電池的輸出U-I曲線最大功率點(diǎn)電流Impp與光伏電池短路電流Isc也存在近似的線性關(guān)系，即

（9-5）式中，系數(shù)k2的值取決于光伏電池的特性，一般k2的取值在0.8左右。9.2最大功率跟蹤算法2．短路電流法9.2最大功率跟蹤算法

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可在逆變器中添加相關(guān)的功率開(kāi)關(guān)，并通過(guò)周期性短路光伏電池的輸出端來(lái)測(cè)得Isc。該方法與定電壓跟蹤法的應(yīng)用類似，屬于開(kāi)環(huán)的MPPT算法。

開(kāi)路電壓法和短路電流法的主要優(yōu)點(diǎn)就是控制簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。但是由于式（9-4）和式（9-5）是近似公式，所以光伏電池并不是工作在真正的最大功率點(diǎn)上，因此它們難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)MPPT，但其具有控制簡(jiǎn)單并快速接近最大功率點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因此常將它們與其他閉環(huán)MPPT方法組合使用，即一般可以在光伏系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中先采用定電壓跟蹤法使工作點(diǎn)電壓快速接近最大功率點(diǎn)。9.2最大功率跟蹤算法實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可在逆變器中添9.2最大功率跟蹤算法9.2.2擾動(dòng)觀測(cè)法

擾動(dòng)觀測(cè)法是實(shí)現(xiàn)MPPT最常用的自尋優(yōu)類方法之一。其基本思想是：首先擾動(dòng)光伏電池的輸出電壓（或電流），然后觀測(cè)光伏電池輸出功率的變化，根據(jù)功率變化的趨勢(shì)改變擾動(dòng)電壓（或電流）方向，使光伏電池最終工作于最大功率點(diǎn)。對(duì)于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)而言，從觀測(cè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，擾動(dòng)法又可分為兩種：一種是基于并網(wǎng)逆變器輸入?yún)?shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法；另一種是基于并網(wǎng)逆變器輸出參數(shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法。9.2最大功率跟蹤算法9.2.2擾動(dòng)觀測(cè)法9.2最大功率跟蹤算法

基于并網(wǎng)逆變器輸入?yún)?shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法直接檢測(cè)逆變器輸入側(cè)光伏電池的輸出電壓和電流，通過(guò)計(jì)算光伏電池的輸出功率并采用功率擾動(dòng)尋優(yōu)的方法來(lái)跟蹤光伏電池的最大輸出功率點(diǎn)。基于輸出參數(shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法則是在不考慮逆變器損耗的情況下，通過(guò)并網(wǎng)逆變器網(wǎng)側(cè)輸出功率擾動(dòng)尋優(yōu)的方法來(lái)跟蹤光伏電池的最大輸出功率點(diǎn)。9.2最大功率跟蹤算法基于并網(wǎng)逆變器輸入?yún)?shù)的擾9.2最大功率跟蹤算法9.2.3電導(dǎo)增量法

前述討論表明，最大功率跟蹤點(diǎn)跟蹤實(shí)質(zhì)上就是搜索滿足條件dP/dU

=

0的工作點(diǎn)，由于數(shù)字控制中檢測(cè)及控制精度的限制，以P/U近似代替dP/dU，從而影響了MPPT算法的精確性。一般而言，U由步長(zhǎng)決定，當(dāng)最小步長(zhǎng)一定時(shí)，MPPT算法的精度就由P對(duì)dP的近似程度決定。擾動(dòng)觀測(cè)法用兩點(diǎn)功率差近似替代微分dP，即從dP≈Pk?Pk?1出發(fā)，推演出以功率增量為搜索判據(jù)的MPPT算法。9.2最大功率跟蹤算法9.2最大功率跟蹤算法9.2.4三點(diǎn)比較跟蹤法

擾動(dòng)觀測(cè)法的基本思想是通過(guò)比較擾動(dòng)前后兩點(diǎn)功率差來(lái)決定是增大還是減小工作點(diǎn)電壓，即用當(dāng)前工作點(diǎn)和前一個(gè)擾動(dòng)點(diǎn)相比較，判斷功率變化的方向來(lái)決定工作電壓移動(dòng)的方向。雖然使用過(guò)程中造成振蕩或誤判的原因不同，但是每次的擾動(dòng)都是基于前后兩點(diǎn)瞬時(shí)測(cè)量值的單向擾動(dòng)。如果再增加另外一點(diǎn)的測(cè)量信息，并進(jìn)行具有雙向滯環(huán)特性的雙向擾動(dòng)，則有可能克服擾動(dòng)觀測(cè)法的振蕩和誤判問(wèn)題。9.2最大功率跟蹤算法9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路

在常規(guī)的線性系統(tǒng)的電氣設(shè)備中，為使負(fù)載獲得最大功率，通常要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)呢?fù)載匹配，使負(fù)載電阻等于供電系統(tǒng)的內(nèi)阻，此時(shí)負(fù)載上就可以獲得最大功率，如圖9-15所示。

圖中，Ui為電源電壓，Ri為電壓源的內(nèi)阻，R0為負(fù)載電阻，則負(fù)載上消耗的功率PRo為

（9-14）

式中，Ui和Ri均是常數(shù)，對(duì)R0求導(dǎo)，可得

（9-15）9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-15簡(jiǎn)單線性電路9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-15簡(jiǎn)單線性9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路

對(duì)于一些內(nèi)阻不變的供電系統(tǒng)，可以用這種外阻等于內(nèi)阻的簡(jiǎn)單方法獲得最大輸出功率。但是在太陽(yáng)能電池供電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻不僅僅受日照強(qiáng)度的影響，而且受環(huán)境溫度以及負(fù)載的影響，因而處在不斷變化之中，從而不可能用上述簡(jiǎn)單方法來(lái)獲得最大功率輸出。目前所采用的方法是在太陽(yáng)能電池陣列和負(fù)載之間增加一個(gè)DC/DC變換器，通過(guò)改變DC/DC變換器中功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通率來(lái)改變輸出阻抗。電路中開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比的改變，對(duì)光伏陣列而言表現(xiàn)為其輸出阻抗發(fā)生了變化。由于輸出阻抗的變化將影響光伏陣列的輸出特性，因此，可通過(guò)它來(lái)調(diào)整、控制太陽(yáng)能電池陣列工作在最大功率點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)最大功率的跟蹤控制。令,即Ri

=

R0時(shí)，PR0取得最大值。9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路令,即Ri

=

R0時(shí)9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3.1降壓式變換器（buck）

降壓式（buck）變換器是一種輸出電壓等于或小于輸入電壓的單管非隔離直流變換器。圖9-18給出了它的電路原理示意圖。圖中開(kāi)關(guān)VT可以是各種全控型電力器件，VD為續(xù)流二極管，其開(kāi)關(guān)速度應(yīng)與開(kāi)關(guān)VT同等級(jí)，常用快恢復(fù)二極管。L、C分別為諧波電感和電容，組成低通濾波器，RL為負(fù)載。為了簡(jiǎn)化分析，作如下假設(shè)：VT、VD是無(wú)損耗的理想開(kāi)關(guān)管，輸入直流電源Ud是理想電壓源，其內(nèi)阻為零，L、C的損耗可忽略，RL為理想負(fù)載。圖9-19為buck變換器電路的等效電路及相關(guān)波形圖。9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-18Buck原理示意圖9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-18Buck9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-19Buck電路等效電路及波形圖9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-19Buck9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3.2升壓式變換器（Boost）Boost變換器是輸出電壓Uo高于輸入電壓Uin的單管不隔離直流變換器，所用電力電子器件及元件與Buck變換器的相同，僅電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，如圖9-21所示。由圖可見(jiàn)，Boost變換器中電感L在輸入側(cè)，一般稱為升壓電感。開(kāi)關(guān)管VT仍為PWM控制方式，但它的最大占空比D必須限制，不允許在D

=

l情況下工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)VT導(dǎo)通時(shí)，電源向電感儲(chǔ)存能量，電感電流增加，二極管截止，電容C向負(fù)載供電。當(dāng)開(kāi)關(guān)VT截止時(shí)，由于電感電流不能突變，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)左負(fù)右正，迫使二極管導(dǎo)通，并與電源一起經(jīng)過(guò)二極管向負(fù)載供電，同時(shí)向電容充電，此時(shí)UL

=

Uin?Uo。所以，輸出電壓大于輸入電壓，這種變換器適用于蓄電池電壓高而太陽(yáng)能光伏輸出電壓低的情況。9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3.2升壓式變9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-21Boost變換器電路原理圖9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-21Boos9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路Boost變換器有兩種工作方式：電感電流連續(xù)和斷續(xù)。圖9-22給出了這兩種工作方式下的主要波形圖。當(dāng)電感電流連續(xù)時(shí)，Boost變換器存在兩種開(kāi)關(guān)模態(tài)。圖9-22Boost變換器電路主要波形圖9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路Boost變換9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3.3升-降壓式變換器（Buck-Boost）Buck-Boost變換器是輸出電壓Uo既可以低于也可以高于電壓Uin的單管不隔離直流變換器，其主電路與Buck和Boost變換器的元器件相同，也由開(kāi)關(guān)管、二極管、電感和電容等構(gòu)成，原理如圖9-23所示，與Buck和Boost變換器不同的是，其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。圖9-24為Buck-Boost變換器電路波形圖。9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3.3升-降壓9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-23Buck-Boost變換器電路原理圖9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-23Buck9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-24buck-boost變換器電路波形圖9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：教材其余課件及動(dòng)畫(huà)素材請(qǐng)查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187

或者直接輸入下面地址：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http://www.shangfuwang272022/11/2428太陽(yáng)能應(yīng)用

檢測(cè)與控制技術(shù)2022/11/222太陽(yáng)能應(yīng)用

檢測(cè)與控制技術(shù)概述第9章光伏發(fā)電最大功率跟蹤技術(shù)9.1最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3最大功率跟蹤算法9.2概述第9章光伏發(fā)電最大功率跟蹤技術(shù)9.1最大功率跟蹤系統(tǒng)中的9.1概述

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池的利用率除了與光伏電池的內(nèi)部特性有關(guān)外，還受輻照度、負(fù)載和溫度等因素的影響。在不同的外界條件下，光伏電池可運(yùn)行在不同且唯一的最大功率點(diǎn)（MaximumPowerPoint，MPP）上。因此，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)尋求光伏電池的最優(yōu)工作狀態(tài)，以最大限度地將光能轉(zhuǎn)化為電能。利用控制方法實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出運(yùn)行的技術(shù)被稱為最大功率點(diǎn)跟蹤（MaximumPowerPointTracking，MPPT）技術(shù)。9.1概述在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電9.2最大功率跟蹤算法

最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)實(shí)施最重要的是尋找合適的MPPT控制算法，能在快速變化的外界環(huán)境條件下有效地跟蹤最大功率點(diǎn)，控制光伏電池陣列，使其時(shí)刻工作在最大功率點(diǎn)上。實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤有多種不同的方法，如開(kāi)路電壓法、短路電流法、擾動(dòng)觀察法、增量電導(dǎo)法、模糊控制法、查表法、滯環(huán)比較法、曲線擬合法等。目前，常用的方法主要是開(kāi)路電壓法、擾動(dòng)觀察法和增量電導(dǎo)法。9.2最大功率跟蹤算法最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)實(shí)施最重9.2最大功率跟蹤算法9.2.1開(kāi)路電壓法與短路電流法1．開(kāi)路電壓法

由圖9-1可知，在輻照度大于一定值并且溫度變化不大時(shí)，光伏電池的輸出P-U曲線上的最大功率點(diǎn)幾乎分布于一條垂直直線的兩側(cè)。因此，若能將光伏電池輸出電壓控制在其最大功率點(diǎn)附近上的某一定電壓處，光伏電池將獲得近似的最大功率輸出，這種MPPT控制稱為定電壓跟蹤法。

研究發(fā)現(xiàn)，光伏電池的最大功率點(diǎn)電壓Umpp與光伏電池的開(kāi)路電壓Uoc之間存在近似的線性關(guān)系，即

（9-4）式中，系數(shù)k1取決于光伏電池的特性，一般取值大約在0.8左右9.2最大功率跟蹤算法9.2.1開(kāi)路電壓法與短路電流9.2最大功率跟蹤算法k1的值一旦確定下來(lái)，通過(guò)周期性地采樣開(kāi)路電壓Uoc的值，就可根據(jù)式（9-4）計(jì)算出Umpp的值，作為光伏電池陣列輸出電壓調(diào)整的目標(biāo)參考值，此時(shí)光伏電池陣列在整個(gè)工作過(guò)程中將近似工作在最大功率點(diǎn)處。

由于該方法只是對(duì)最大功率點(diǎn)處的電壓Umpp進(jìn)行估計(jì)，并沒(méi)有真正去跟蹤檢測(cè)最大功率點(diǎn)，因此該方法控制的適應(yīng)性較差。而且為了提高跟蹤精度，需要周期性地?cái)嚅_(kāi)后續(xù)功率轉(zhuǎn)換器電路，采樣光伏電池陣列的開(kāi)路電壓，這將帶來(lái)短時(shí)間的功率損失。為了解決這一問(wèn)題，可以利用一塊與所需采樣的太陽(yáng)能光伏陣列特性相同的小的光伏電池板實(shí)時(shí)采樣光伏陣列開(kāi)路電壓的方法，此方法可以克服短時(shí)功率損失這一缺點(diǎn)。9.2最大功率跟蹤算法k1的值一旦確定下來(lái)，通過(guò)9.2最大功率跟蹤算法圖9-1相同溫度下光伏電池特性9.2最大功率跟蹤算法圖9-1相同溫度下光伏電池特性9.2最大功率跟蹤算法2．短路電流法

由圖9-1可知，在輻照度大于一定值并且溫度變化不大時(shí)，光伏電池的輸出U-I曲線最大功率點(diǎn)電流Impp與光伏電池短路電流Isc也存在近似的線性關(guān)系，即

（9-5）式中，系數(shù)k2的值取決于光伏電池的特性，一般k2的取值在0.8左右。9.2最大功率跟蹤算法2．短路電流法9.2最大功率跟蹤算法

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可在逆變器中添加相關(guān)的功率開(kāi)關(guān)，并通過(guò)周期性短路光伏電池的輸出端來(lái)測(cè)得Isc。該方法與定電壓跟蹤法的應(yīng)用類似，屬于開(kāi)環(huán)的MPPT算法。

開(kāi)路電壓法和短路電流法的主要優(yōu)點(diǎn)就是控制簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。但是由于式（9-4）和式（9-5）是近似公式，所以光伏電池并不是工作在真正的最大功率點(diǎn)上，因此它們難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)MPPT，但其具有控制簡(jiǎn)單并快速接近最大功率點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因此常將它們與其他閉環(huán)MPPT方法組合使用，即一般可以在光伏系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中先采用定電壓跟蹤法使工作點(diǎn)電壓快速接近最大功率點(diǎn)。9.2最大功率跟蹤算法實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可在逆變器中添9.2最大功率跟蹤算法9.2.2擾動(dòng)觀測(cè)法

擾動(dòng)觀測(cè)法是實(shí)現(xiàn)MPPT最常用的自尋優(yōu)類方法之一。其基本思想是：首先擾動(dòng)光伏電池的輸出電壓（或電流），然后觀測(cè)光伏電池輸出功率的變化，根據(jù)功率變化的趨勢(shì)改變擾動(dòng)電壓（或電流）方向，使光伏電池最終工作于最大功率點(diǎn)。對(duì)于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)而言，從觀測(cè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，擾動(dòng)法又可分為兩種：一種是基于并網(wǎng)逆變器輸入?yún)?shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法；另一種是基于并網(wǎng)逆變器輸出參數(shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法。9.2最大功率跟蹤算法9.2.2擾動(dòng)觀測(cè)法9.2最大功率跟蹤算法

基于并網(wǎng)逆變器輸入?yún)?shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法直接檢測(cè)逆變器輸入側(cè)光伏電池的輸出電壓和電流，通過(guò)計(jì)算光伏電池的輸出功率并采用功率擾動(dòng)尋優(yōu)的方法來(lái)跟蹤光伏電池的最大輸出功率點(diǎn)?；谳敵鰠?shù)的擾動(dòng)觀測(cè)法則是在不考慮逆變器損耗的情況下，通過(guò)并網(wǎng)逆變器網(wǎng)側(cè)輸出功率擾動(dòng)尋優(yōu)的方法來(lái)跟蹤光伏電池的最大輸出功率點(diǎn)。9.2最大功率跟蹤算法基于并網(wǎng)逆變器輸入?yún)?shù)的擾9.2最大功率跟蹤算法9.2.3電導(dǎo)增量法

前述討論表明，最大功率跟蹤點(diǎn)跟蹤實(shí)質(zhì)上就是搜索滿足條件dP/dU

=

0的工作點(diǎn)，由于數(shù)字控制中檢測(cè)及控制精度的限制，以P/U近似代替dP/dU，從而影響了MPPT算法的精確性。一般而言，U由步長(zhǎng)決定，當(dāng)最小步長(zhǎng)一定時(shí)，MPPT算法的精度就由P對(duì)dP的近似程度決定。擾動(dòng)觀測(cè)法用兩點(diǎn)功率差近似替代微分dP，即從dP≈Pk?Pk?1出發(fā)，推演出以功率增量為搜索判據(jù)的MPPT算法。9.2最大功率跟蹤算法9.2最大功率跟蹤算法9.2.4三點(diǎn)比較跟蹤法

擾動(dòng)觀測(cè)法的基本思想是通過(guò)比較擾動(dòng)前后兩點(diǎn)功率差來(lái)決定是增大還是減小工作點(diǎn)電壓，即用當(dāng)前工作點(diǎn)和前一個(gè)擾動(dòng)點(diǎn)相比較，判斷功率變化的方向來(lái)決定工作電壓移動(dòng)的方向。雖然使用過(guò)程中造成振蕩或誤判的原因不同，但是每次的擾動(dòng)都是基于前后兩點(diǎn)瞬時(shí)測(cè)量值的單向擾動(dòng)。如果再增加另外一點(diǎn)的測(cè)量信息，并進(jìn)行具有雙向滯環(huán)特性的雙向擾動(dòng)，則有可能克服擾動(dòng)觀測(cè)法的振蕩和誤判問(wèn)題。9.2最大功率跟蹤算法9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路

在常規(guī)的線性系統(tǒng)的電氣設(shè)備中，為使負(fù)載獲得最大功率，通常要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)呢?fù)載匹配，使負(fù)載電阻等于供電系統(tǒng)的內(nèi)阻，此時(shí)負(fù)載上就可以獲得最大功率，如圖9-15所示。

圖中，Ui為電源電壓，Ri為電壓源的內(nèi)阻，R0為負(fù)載電阻，則負(fù)載上消耗的功率PRo為

（9-14）

式中，Ui和Ri均是常數(shù)，對(duì)R0求導(dǎo)，可得

（9-15）9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-15簡(jiǎn)單線性電路9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-15簡(jiǎn)單線性9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路

對(duì)于一些內(nèi)阻不變的供電系統(tǒng)，可以用這種外阻等于內(nèi)阻的簡(jiǎn)單方法獲得最大輸出功率。但是在太陽(yáng)能電池供電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻不僅僅受日照強(qiáng)度的影響，而且受環(huán)境溫度以及負(fù)載的影響，因而處在不斷變化之中，從而不可能用上述簡(jiǎn)單方法來(lái)獲得最大功率輸出。目前所采用的方法是在太陽(yáng)能電池陣列和負(fù)載之間增加一個(gè)DC/DC變換器，通過(guò)改變DC/DC變換器中功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通率來(lái)改變輸出阻抗。電路中開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比的改變，對(duì)光伏陣列而言表現(xiàn)為其輸出阻抗發(fā)生了變化。由于輸出阻抗的變化將影響光伏陣列的輸出特性，因此，可通過(guò)它來(lái)調(diào)整、控制太陽(yáng)能電池陣列工作在最大功率點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)最大功率的跟蹤控制。令,即Ri

=

R0時(shí)，PR0取得最大值。9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路令,即Ri

=

R0時(shí)9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3.1降壓式變換器（buck）

降壓式（buck）變換器是一種輸出電壓等于或小于輸入電壓的單管非隔離直流變換器。圖9-18給出了它的電路原理示意圖。圖中開(kāi)關(guān)VT可以是各種全控型電力器件，VD為續(xù)流二極管，其開(kāi)關(guān)速度應(yīng)與開(kāi)關(guān)VT同等級(jí)，常用快恢復(fù)二極管。L、C分別為諧波電感和電容，組成低通濾波器，RL為負(fù)載。為了簡(jiǎn)化分析，作如下假設(shè)：VT、VD是無(wú)損耗的理想開(kāi)關(guān)管，輸入直流電源Ud是理想電壓源，其內(nèi)阻為零，L、C的損耗可忽略，RL為理想負(fù)載。圖9-19為buck變換器電路的等效電路及相關(guān)波形圖。9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-18Buck原理示意圖9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-18Buck9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-19Buck電路等效電路及波形圖9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路圖9-19Buck9.3最大功率跟蹤系統(tǒng)中的變換電路9.3.2升壓式變換器（Boos