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【干货】光伏逆变器MPPT的作用、原理及算法
日期:2016-10-21   [复制链接]
责任编辑:yinkaiqi 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
 MPPT是逆变器非常核心的技术,MPPT电压在进行光伏电站设计时一项非常关键的参数。

一、什么是MPPT?


单块光伏组件的I-V、P-V曲线
(单块光伏组件的I-V、P-V曲线)


上图中,光伏组件的输出电压和电流遵循I-V曲线(绿色)、P-V曲线(蓝色),如果希望逆变器输出的功率最大,就需要直流电压运行在红点所在的最大点,这个点就是最大功率点。假如最大功率点是550V,550V时功率是200W。此时,运行在520V时的功率约为190W,580V时约为185W,都没有550V时的功率大。逆变器如果跟踪不到550V,就损失了发电量,但不会对系统产生其他影响。

那为什么还要不断跟踪呢?因为这个曲线随着光照强度、温度和遮挡的不同在变化着,最大功率点也就在变化了,可能早上最大功率点电压是560V,中午是520V,下午是550V,所以逆变器需要不断地寻找这个最大功率点,也就是最大功率点跟踪了,这样才能保证全天的电池板能量都能最大化地输出出来,不浪费太阳能资源。

在了解上述基本知识的基础之上,我们再来聊一聊MPPT。

MPPT,即MaximumPowerPointTracking的简称,中文为“最大功率点跟踪”,它是指逆变器根据外界不同的环境温度、光照强度等特性来调节光伏阵列的输出功率,使得光伏阵列始终输出最大功率。


MPPT的作用是什么?

由于太阳能电池收到光强以及环境等外界因素的影响,其输出功率是变化的,光强发出的电就多,带MPPT最大功率跟踪的逆变器就是为了充分的利用太阳能电池,使之运行在最大功率点。也就是说在太阳辐射不变的情况下,有MPPT后的输出功率会比有MPPT前的要高,这就是MPPT的作用所在。

举个例子,假设MPPT还没开始跟踪,这时组件输出电压是500V,然后MPPT开始跟踪之后,就开始通过内部的电路结构调节回路上的电阻,以改变组件输出电压,同时改变输出电流,一直到输出功率最大(假设是550V最大),此后就不断得跟踪,这样一来也就是说在太阳辐射不变的情况下,组件在550V的输出电压情况,输出功率会比500V时要高,这就是MPPT的作用。

二、单个光伏组件的MPPT的影响因素

一般来说,辐照度、温度变化对输出功率的影响,最直接就体现在MPPT上,也就是说辐照度和温度是影响MPPT的重要因素。

辐照度降低,光伏组件的输出功率会降低;温度升高,光伏组件的输出功率会降低;

1、辐照度对MPPT的影响


(辐照度变化对光伏组件输出功率的影响)

逆变器进行最大功率点跟踪(MPPT)就是要找到上图中,功率最大的点。从上图可以看出,当辐照度下降的时候,最大功率点几乎是成比例降低的,如下表所示。


由上表可以看出辐照度成比例下降时,MPPT电压略微下降;由于P=IU,辐照度下降时,P成比例下降,而U略微下降,因此电流I应该是成比例下降的。


2、温度对MPPT的影响
(温度变化对组件输出功率的影响)

从上图可以看出,当温度变化时,最大功率按照温度系数的比例逐渐下降,如下表所示。


由此可见:电流主要受辐照度的大,电压主要受温度的影响。

三、光伏发电单元的MPPT及其原理与算法

1、光伏发电单元的MPPT

发电单元的MPPT

上面两张图都是一个光伏组件的MPPT跟踪,而在实际工程中,一个500kW的逆变器,往往要接80~90个光伏组串。

光伏阵列在使用过程中易受周围环境(如浮云,建筑物,树木遮荫等)和电池板表面的灰尘的干扰,导致光伏阵列的输出功率减小,输出特性曲线变得复杂。输出特性曲线呈多极值点。如果一个电站,某一个组串后面有空调机组;又有一片树叶遮盖了某一块电池片;又有一片树荫遮挡了部分组件。那么不同的组串间必然存在输出功率偏差。因此,每个逆变器接入的光伏组串的输出特性曲线变得复杂,呈多极值点,如何找到最高的那个点,就需要MPPT了!
光伏方阵的输出功率曲线
(光伏方阵的输出功率曲线)

2、最大功率点跟踪的原理

随着电子技术的发展,当前太阳能电池阵列的MPPT控制一般是通过DC/DC变换电路来完成的。其原理框图如下图所示。

光伏电池阵列与负载通过DC/DC电路连接,最大功率跟踪装置不断检测光伏阵列的电流电压变化,并根据其变化对DC/DC变换器的PWM驱动信号占空比进行调节。

MPPT系统原理框图
(MPPT系统原理框图)

对于线性电路来说,当负载电阻等于电源的内阻时,电源即有最大功率输出。虽然光伏电池和DC/DC转换电路都是强非线性的,然而在极短的时间内,可以认为是线性电路。因此,只要调节DC-DC转换电路的等效电阻使它始终等于光伏电池的内阻,就可以实现光伏电池的最大输出,也就实现了光伏电池的MPPT。


3、MPPT的算法

目前,光伏阵列的最大功率点跟踪(MPPT)技术,国内外已有了一定的研究,发展出各种控制方法常,常用的有一下几种:恒电压跟踪法(ConstantVoltageTracking简称CVT)、干扰观察法(PerturbationAndObservationmethod简称P&O)、增量电导法(IncrementalConductancemethod简称INC)、基于梯度变步长的电导增量法等等。(这些算法只能用在无遮挡的条件下)

1)单峰值功率输出的MPPT的算法

目前,在无遮挡条件下,光伏阵列的最大功率点跟踪(MPPT)的控制方法常用的有以下几种:

l恒电压跟踪法(ConstantVoltageTracking简称CVT)

l干扰观察法(PerturbationAndObservationmethod简称P&O)

l增量电导法(IncrementalConductancemethod简称INC)

l基于梯度变步长的电导增量法,等等。

2)多峰值功率输出MPPT算法

普通的最大功率跟踪算法,如扰动观测发和电导增量法在一片云彩的遮挡下就有可能失效,不能实现真正意义的最大功率跟踪。目前,国际上也有人提出了多峰值的MPPT算法,主要包含如下三种:

结合常规算法的复合MPPT算法

Fibonacci法

短路电流脉冲法

总结:目前业内已经认识到了逆变器多MPPT通道的重要性,多MPPT的组串逆变器已经被广泛的认可。
 
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来源:上海兆能
 
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