最大功率跟踪的控制原理.docx

最大功率跟踪（MPPT）是并网发电中的一项重要的关键技术，它是指控制改变太 阳电池阵列的输出电压或电流的方法使阵列始终工作在最大功率点上，根据太阳电 池的特性，目前实现的跟踪方法主要有以下三种：
（ 1） 恒电压法 ，因为太阳电池在不同光照条件下的最大功率点的电压相差不大， 近似为恒定。这种方法的误差很大，但是容易实现，成本较低；
（ 2）爬山法 ，通过周期性的不断的给太阳电池阵列的输出电压施加扰动，并观察 其功率输出的改变，然后决定下一次扰动的方向。这种方法的追踪速度较慢，只适 合于光强变化较小的环境；
（ 3）导纳微分法 （又称增量电导法 ），认为太阳电池阵列的的最大功率点处，输出 功率对输出电压的一阶倒数等于零。因此在环境光强发生改变时，根据 dI/dV 的计 算结果是否等于－ I/V ，决定是否继续调整输出电压，既可实现最大功率点的跟 踪。该方法相对于恒电压法和爬山法有高速稳定的跟踪特性。 上述三种方法各有特点，但是都不同时具有低成本、高稳定性、快速追踪的特性。 第一种方法只是粗略估计了最大功率点的位置，在光强变化到很大或较小时都会产 生很大的误差。后两种方法本质上都是通过判断当前工作点是否处于最大工作点来 决定是否继续调整及调整的方向，因此最终的结果是逆变器始终工作在最大功率点 的左右，来回振荡，而不是真正的工作在最大功率点处，反应在太阳电池阵列的输 出上就是，太阳电池阵列的输出电压或电流总是以一个直流电平为中心上下跳跃， 波形很不稳定，而且在光强变化速度较快时，不能及时反应。 三、太阳能电池功率追踪访法及算法
扰动观察法是目前太阳能电池最大功率追踪技术中最为成熟以及被采用最多的方 法，其系统方块图如图 12所示。由图中可以很明显的看出此法的硬件需求较少， 模拟／数字转换器节省得相当多，因此在制造的成本上将大为降低。扰动观察法之 缺点在于最大功率追踪过程中，当大气条件迅速改变时，由于响应速度未能因应调 整，会使追踪的速度变缓，造成功率的损失，不过此一缺点可以用软件技术来加以 改善，赋予系统自我调整响应速度之功能，这也是本文的研究重点，亦即以软件算 法来达到太阳能电池最大功率的追踪，并分析系统操作于较高频率下，其追踪的性 能。
依电路理论而言，当太阳能电池的等效输出阻抗等于负载端的等效输入阻抗时，太 阳能电池所送出的功率为最大，这就是最大功率转移定理。因此当太阳能电池模块 串接直流－直流转换器之后如图 13，若要得到太阳能电池的最大功率，则转换器 的输入阻抗必须和太阳能电池的输出阻抗相等，但是太阳能电池的输出功率受到大 气条件的影响，使得其等效输出阻抗并不会固定在某一定值。对转换器而言，其输 入阻抗是随着工作周期的改变而有所不同，所以转换器若要维持太阳能电池于最大 功率下操作，就必须随时地调整其工作周期。
沁
J1'1
PL-
图12扰动观察法方框图
No
图13储能系统方框图
当输入到转换器的功率为一定值，且转换器的输出是可调时，则此转换器即具有负 阻抗的特性如图14所示，也就是说，若输入电压减少则输入电流将增加，以维持 输入到转换器的功率为一定。在图14中，是输出可调时的最小输入电压，即当输 入电压小于此值，则转换器就不具有调节功能，而转换器所呈现的是正阻抗的特 性。由于转换器具有负阻抗的特性，使得在追踪最大功