MPPT和功率分析儀在光伏發(fā)電行業(yè)中的應用

　　在光伏發(fā)電系統中，如何提高系統的整體效率，一個(gè)重要的途徑就是實(shí)時(shí)調整光伏電池的工作點(diǎn)，使之始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這一過(guò)程就稱(chēng)之為最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking, MPPT)。

　　一、MPPT基本原理

　　理論上講，只要將光伏電池與負載完全匹配、直接耦合(如負載為被充電的蓄電池)，負載的伏安特性曲線(xiàn)與最大功率點(diǎn)軌跡曲線(xiàn)即可重合或漸進(jìn)重合，使光伏電池處于高效輸出狀態(tài)。但在日常應用中，很難滿(mǎn)足負載與光伏電池的直接耦合條件。因此，要提高光伏發(fā)電系統的整體效率，一個(gè)重要的途徑就是實(shí)時(shí)變更系統負載特性，即調整光伏電池的工作點(diǎn)，使之能在不同的日照和溫度下始終讓光伏電池工作在最大功率點(diǎn)附近，這一跟蹤過(guò)程就稱(chēng)為最大功率點(diǎn)跟蹤，如圖 1所示為MPPT基本原理圖。

　　圖 1 MPPT原理圖

　　l最大功率點(diǎn)A1→最大功率點(diǎn)B1(條件：將系統負載特性由負載1改為負載2)

　　l最大功率點(diǎn)B1→最大功率點(diǎn)A1(條件：將系統負載特性將負載2改回至負載1)

　　由此可見(jiàn)，光伏發(fā)電系統中的MPPT控制策略，就是先根據實(shí)時(shí)檢測光伏電池的輸出功率，再經(jīng)過(guò)一定的控制算法預測當前工況下光伏電池可能的最大功率輸出點(diǎn)，最后通過(guò)改變當前的阻抗或電壓、電流等電量等方式來(lái)滿(mǎn)足最大功率輸出的要求。

　　這樣，不論是因外部光照強度變化，還是因內部光伏電池的結溫變化使得光伏電池的輸出功率減少，系統始終可以自動(dòng)運行于當前工況下的最佳工作狀態(tài)，達到最大功率輸出，從而可提高整個(gè)光伏發(fā)電系統轉換效率。

　　二、最大功率點(diǎn)的影響因素

　　在一定的光照強度和環(huán)境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時(shí)，光伏電池的輸出功率才能達到最大值，這時(shí)光伏電池的工作點(diǎn)就達到了輸出功率電壓曲線(xiàn)的最高點(diǎn)，稱(chēng)之為最大功率點(diǎn)。如圖2所示為MPPT受光照影響圖、圖 3所示為MPPT受溫度影響圖

　　圖 2 MPPT受光照影響

　　圖 3 MPPT受溫度影響

　　如圖所示可見(jiàn)光照強度和溫度下降都會(huì )導致光伏電池的最大功率點(diǎn)下移

　　三、MPPT技術(shù)在應用中存在的問(wèn)題

　　l誤跟蹤現象

　　大多數MPPT算法僅采集光伏電池的電壓和電流，并基于擾動(dòng)觀(guān)察的思想進(jìn)行跟蹤，但是無(wú)從得知光伏電池輸出功率的變化是由擾動(dòng)還是由外界環(huán)境的變化而引起的，所以當環(huán)境變化較快時(shí)，容易發(fā)生誤跟蹤現象。解決方案主要有以下幾類(lèi)：

　?、?nbsp;根據環(huán)境進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制;

　?、?nbsp;使算法擾動(dòng)帶來(lái)的功率變化大于環(huán)境變化帶來(lái)的功率變化;

　?、?nbsp;辨識和補償環(huán)境變化帶來(lái)的功率變化。

　　l多峰值問(wèn)題

　　光伏電池被局部遮擋或特性不一致可能導致多功率極值的出現。在多峰值的條件下，如何進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤?找到最大點(diǎn)，而不是局部極值，是一個(gè)比較困難的問(wèn)題。另外，當出現多峰值時(shí)，實(shí)際上光伏電池工作在不良狀態(tài)，嚴重功率失配，既損失了能量，又容易損壞光伏組件。這種狀態(tài)可能是需要被檢測和避免的。

　　l對實(shí)際運行狀態(tài)的考慮不足

　　多數文獻在仿真驗證算法時(shí)，是通過(guò)對環(huán)境變化的階越響應實(shí)現的。但實(shí)際情況中，環(huán)境的變化是連續的，不會(huì )從一個(gè)穩態(tài)突然跳到另一個(gè)穩態(tài)。很多算法會(huì )在環(huán)境快速連續變化的情況下失效。 在眾多MPPT算法的研究中，被很多研究者忽略的問(wèn)題是采樣精度和計算誤差所帶來(lái)的限制。很多理論上成立且仿真中有效的算法，在實(shí)際系統中是不可行的。

　　如何解決上述這些問(wèn)題，以提高M(jìn)PPT技術(shù)應用水平，是光伏發(fā)電逆變器應用過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn) 。

　　四、功率分析儀在MPPT測試的優(yōu)勢

　　由于太陽(yáng)電池的輸出特性受負荷狀態(tài)、日照量、環(huán)境溫度等因素的影響、太陽(yáng)電池陣列的電壓和電流均發(fā)生很大的變化，從而使輸出功率不穩定，即最大功率點(diǎn)時(shí)刻變化。為了充分利用太陽(yáng)能以獲取最大功率輸出，必須跟蹤、控制太陽(yáng)電池的最大功率點(diǎn)、最大限度地利用太陽(yáng)能，如圖 4所示為光伏發(fā)電示意圖。采用PA8000功率分析儀的MPPT測試主要有一下幾方面優(yōu)勢：

　　圖 4 光伏發(fā)電

　　l最多支持7個(gè)功率輸入單元，輸入功率與輸出功率同步測試，進(jìn)一步提高準確度

　　傳統測量轉換效率，由于測量設備通道數有限，輸入與輸出只能分開(kāi)測量，這樣導致采集到的數據缺乏同步性，由此算得的轉換效率自然不準確。針對多路輸入的光伏逆變器，PA8000可輕松實(shí)現4通道輸入，3通道輸出同時(shí)采樣，并且PA8000內部采用高穩定度溫度補償的100M同步時(shí)鐘實(shí)現7通道的ADC同步采樣，同步采樣時(shí)鐘誤差小于10ns，滿(mǎn)足高效能逆變器效率的極致測量要求。

　　l支持權重系數自由切換，方便導出各地區效率報表

　　PAM軟件能夠自由切換權重系數，支持歐洲效率、CEC效率、中國各地區權重系數計算，并能快速的導出相應地區的效率報表，PA8000是業(yè)內唯一支持效率權重系數自由切換的功率分析儀器。

　　l支持自定義效率公式，方便導出MPPT、轉換效率報表

　　支持自定義效率測試公式，能同時(shí)顯示6個(gè)效率測試結果，方便同時(shí)測量MPPT效率，轉換效率。PAM軟件能夠導出測試靜態(tài)與動(dòng)態(tài)MPPT報表，轉換效率報表，方便檢測機構進(jìn)行操作，大大提高了工作效率。