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    最大功率跟蹤

    2015-12-04 10:47:56 點擊:1846

    最大功率跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制的目的是實現光伏電池的最大功率輸出。該過程實質是一個動態尋優過程,通過對當前光伏電池輸出電壓U與電流I的檢測,得到當前光伏電池的輸出功率,然后與前一時刻光伏電池的輸出功率相比,取兩者中較大的值;在下一周期,再檢測U、I進行比較,取較大的值,如此循環,便可實現MPPT控制。
    MPPT控制算法有多種實現方式,常用的有恒電壓跟蹤法、擾動觀察法、增量電導法以及模糊控制算法等。
    (1)恒電壓跟蹤法。
    嚴格意義上來說,恒電壓跟蹤法是一種曲線擬合的工作方式,其工作原理是:室外溫度一定時,光伏電池最大功率點的分布幾乎存在于一垂直線兩側,即光伏電池的最大功率點對應某個恒定電壓,只需找到Umax并控制光伏電池使之輸出恒定在Umax即可。實際上這是把MPPT控制簡化成穩壓控制。
    恒電壓跟蹤法優點明顯,控制簡單易實現、可靠性高,能提高光伏電池20%的效率;缺點是忽略了環境溫度對光伏電池輸出電壓的影響。以單晶硅為例,環境溫度每升高1℃,其光伏電池輸出電壓下降0.3%~0.4%,即光伏電池最大功率點對應的Umax會隨著環境溫度的變化而變化,所以恒電壓跟蹤法不適合溫度變化較大的場所。
    (2)擾動觀察法。
    擾動觀察法(Perturbation and Observation Method,簡稱PO法)的原理是先給一個擾動輸出電壓信號(UPV+△U),然后測量光伏電池輸出功率的變化并與擾動前的功率相比較,如果大于之前的功率值,表明擾動方向正確,可繼續向同(十△U)方向擾動;如果小于之前的功率值,則往反(-△U)方向擾動。此方法優點是結構簡單,測量參數少,通過不斷擾動達到最大功率輸出。缺點是初始值UPV和跟蹤步長△U值的選取,對跟蹤精度和速度有很大影響,而且在光伏達到最大功率點處擾動仍會繼續,使其有可能在最大功率點附近振蕩,導致功率損失,降低光伏電池的效率。
    (3)增量電導法。
    增量電導法(Incremental Conductance Method,簡稱IC法)與擾動觀察最大的區別是避免了盲目性。擾動觀察法是通過調整工作點電壓,使之逐漸近最大功率點電壓來實現光伏電池最大功率點的跟蹤,但最大功率點的方向并不確定。而增量電導法能判斷出工作點電壓與最大功率點之間的關系,通過每次的測量和比較,估算出最大功率點的大致位置,再根據計算結果進行調整,避免了電壓調整時的盲目性。同時也保證了在日照強度變化時,光伏電池的輸出端電壓平穩變化,其電壓的波動較擾動觀察法小。
    (4)最大功率點跟蹤的模糊控制。
    控制算法是以模糊集合理論、模糊語言以及模糊邏輯推理為基礎,是一種非線性智能控制方法。模糊控制的基本原理是將光伏輸入量進行模糊化處理,通過模糊推理及反模糊處理進行最大功率跟蹤控制,并將輸出變量進行反饋迭代達到最佳控制效果。此外,在模糊化和反模糊處理中,可通過知識庫進行修正,提高最大功率追蹤的精度。
    在設計模糊控制器的時候需注意以下幾點:
    1)確定模糊控制器的輸入量和輸出量;
    2)列寫出模糊控制器的規則;
    3)選擇論域并確定相關參數。

     

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