基于變步長(cháng)電導增量法的光伏最大功率跟蹤控制

　　能源、環(huán)境日漸成為世界性問(wèn)題，人類(lèi)為了能可持續發(fā)展，應積極開(kāi)發(fā)可再生能源。太陽(yáng)能具有清潔、無(wú)污染、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，所以對其利用正得到人們越來(lái)越多的關(guān)注。最近幾十年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電得到了迅猛的發(fā)展，其在緩解能源危機和環(huán)境保護方面都做出了巨大的貢獻。但目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統存在太能能光伏電池轉換效率低、成本高，前期投資大等缺點(diǎn);控制太陽(yáng)能電池一直工作在最大功率輸出狀態(tài)是有效的解決方法之一。目前，光伏發(fā)電系統最大功率跟蹤問(wèn)題已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。

　　小型離網(wǎng)型光伏系統

　　小型離網(wǎng)型光伏系統是利用光伏陣列發(fā)電，經(jīng)過(guò)光伏控制器對蓄電池進(jìn)行充放電控制，并給直流負載供電或通過(guò)逆變器給交流負載提供電能的一種新型電源，其功率一般為0.5-5KW。該系統廣泛應用于環(huán)境惡劣的高原、偏遠山區及野外作業(yè)，也可作為路燈、偏遠基站等供電電源。

　　如圖1所示，小型離網(wǎng)型光伏系統由以下部分組成：光伏陣列，MPPT控制單元和蓄電池充放電單元。太陽(yáng)能照射在光伏陣列上，產(chǎn)生光生伏特效應，太陽(yáng)能直接轉化為電能;光伏陣列輸出的電能接入帶MPPT控制的BOOST電路中，通過(guò)MPPT控制實(shí)現升壓及最大功率跟蹤，提高光伏陣列的效率;蓄電池充放電單元能在有光照時(shí)儲存光伏陣列發(fā)出的電能，在帶負載時(shí)輸出蓄電池儲存的能量，實(shí)現能量的管理控。

　　太陽(yáng)能光伏電池特性

　　太陽(yáng)能光伏電池的基本原理為光生伏特效應，即光子打在半導體材料表面時(shí)，在一定條件下，光能會(huì )被半導體吸收，在導帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子——電子空穴對，在內建電場(chǎng)的作用下使電子和空穴拉向了不同側使PN結兩端形成了光生電動(dòng)勢，如果PN結與外電路相連，只要有光照，就會(huì )有電流流過(guò)電路。如圖2所示。

　　圖3所示為光伏陣列的輸出功率P-V曲線(xiàn)，由圖可知光伏陣列存在一個(gè)最大功率點(diǎn)。當光伏陣列工作電壓小于Umax時(shí)，其輸出功率隨著(zhù)Upv的增大而升高;當光伏陣列工作電壓大于Umax時(shí)，其輸出功率隨著(zhù)Upv的增大而減小。最大功率跟蹤的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)一定的算法找出這個(gè)最大功率點(diǎn)。

　　最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制

　　常用的光伏系統最大功率跟蹤算法有：定電壓法(CVT)、擾動(dòng)觀(guān)察法、電導增量法、模糊控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法等。這些方法都依照太陽(yáng)能光伏電池的特性曲線(xiàn)，搜索最大功率點(diǎn)對應的電壓值，各有優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據系統的要求進(jìn)行選用。

　　電導增量法是最常用的最大功率跟蹤算法，其原理為：分析太陽(yáng)能光伏電池輸出功率P-V曲線(xiàn)，如圖3所示，電壓由0逐漸增大，dP/dV的數值由大于0變到小于0，當dP/dV=0時(shí)取得最大功率點(diǎn)Pmax。