【收藏】逆变器的MPPT介绍

来源:王淑娟发布时间:2016-02-03 11:40:22
       1什么是MPPT?

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。那什么是MPPT?

 

图1:单块光伏组件的I-V、P-V曲线

 

图1: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。

MPPT,即Maximum Power Point Tracking的简称,中文为“最大功率点跟踪”,即: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。

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的作用所在。

2单个光伏组件的MPPT

1、辐照度对MPPT的影响

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;

辐照度、温度变化对输出功率的影响,最直接就体现在MPPT上。图1、图2为一个280W光伏组件的输出功率随辐照度、温度变化时,输出功率的变化。

 


 

图2: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。

表1:辐照度变化对光伏组件输出功率的影响

 


 

从图2中可以看出,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

 


 

图3: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。

表2:温度变化对光伏组件输出功率的影响

 


 

从图3中可以看出,温度升高时,电压明显下降。

由此可见:电流主要受辐照度的大,电压主要受温度的影响。

3光伏发电单元的 MPPT 及其算法

1、光伏发电单元的 MPPT

图1、图2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。

由于遮挡不一致、组件功率偏差等原因,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,如图4所示。

 


 

图4:光伏方阵的输出功率曲线

图4中,光伏方阵的输出功率曲线出现了多个功率的峰值。如何找到图3中最高的那个点,就需要进行MPPT计算了!那如何对MPPT进行计算?

2、MPPT的算法

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:

恒电压跟踪法(Constant Voltage Tracking 简称CVT)

干扰观察法(Perturbation And Observation method简称P&O)

增量电导法(Incremental Conductance method简称INC)

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

4展望

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、集散式逆变器,已经被广泛的认可。这就要求更加精确的MPPT算法得以推广。

对于这种情况有很多业内人事提出逆变器应该使用多峰值 MPPT 算法,例如短路电流脉冲法、Fibonacci、基于状态空间的 MPPT 算法以及基于电压扫描和电导增量法多峰MPPT算法。这些算法都能实现最大功率跟踪,但是也各有有缺点。在未来最大功率点跟踪技术将朝着效率高、算法简单、响应速度快、鲁棒性好等的方向发展。

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