基于预测控制的光伏系统最大功率点跟踪研究(4)

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1.2.3太阳能光伏发电技术的发展现状

太阳能光伏发电系统可以分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统两种，独立光伏发电系统是指发电系统不与常规电力系统相连，通常用于远离电网的偏远地区或野外便携电源，它由光伏阵列、储能元件、控制器、逆变器等组成，如图1.1；并网光伏发电系统是指发电系统与电力系统联接在一起，并网系统不需要储能元件，减少了投资，降低了运行成本，提高了供电的稳定性，是比较合理和经济的方法，它一般由光伏阵列、控制器、逆变器等组成[8]，如图1.2。

从这两种光伏发电系统可以看出，它们都需要MPPT控制器，并且MPPT控制器对光伏阵列及整个系统都至关重要。为了提高太阳能光伏发电系统的效率，我们要让光伏阵列始终工作在最大功率点，随着环境条件的变化，通过调整光伏阵列的工作点使系统工作在最大功率点，这一控制过程叫做最大功率点跟踪(MPPT)。

1.3太阳能光伏MPPT的发展现状

太阳能光伏产业虽然有诸多的优点，国内外都在大力的发展光伏发电产业，但就技术层面，光伏发电依然存在着很多问题，例如如何降低光伏电池的成本、如何提高发电效率、如何提高并网的供电质量以及如何有效进行孤岛效应等[9]。其中如何提高太阳能光伏发电系统的效率是光伏技术中的核心问题之一，要解决这一问题，首先改进光伏电池的制作工艺以及研制新的光伏材料以提高光伏电池的转换效率；其次就是在太阳能光伏发电系统中使用最大功率点跟踪控制器，保证光伏电池一直工作在最大功率点处，以此来提高光伏发电系统的效率。

最早应用在太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪中的控制方法就是恒电压法[10]，其方法是在太阳能光伏阵列和负载之间通过连接一个阻抗变换，使光伏系统成为一个稳压器，这样光伏阵列就稳定工作在最大功率点附近。恒电压跟踪控制法易于实现，并且控制系统简单。但其稳态误差比较大、光伏系统损失的功率也比较多。后来为了解决恒电压控制法的不足，其因使用的场合、时间、环境温度以及天气情况的改变都会对太阳能光伏阵列造成负面影响，人们采取了一些改进措施，如：手工调节其给定电压值以满足不同季节的需要，设置一个温度调节的表格来满足温度变化较大时的需要。

由于数字信号处理技术的快速发展，太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪控制方法也开始釆用一些现代MPPT算法，这些方法有扰动观察法(P&0)、电导增量法(增量电导法)等。这些方法都是通过对光伏阵列的输出电压加扰动，然后通过观察其输出特性的变化来判断当前的工作状态，之后决定下次的扰动方向，这样让光伏阵列逐渐向最大功率点靠近，最终进入稳定运行状态光伏阵列在最大功率点附近震荡工作。其跟踪速度以及稳态性能都和加扰动的步长有关，但是两者相互矛盾：步长越长，跟踪速度越快，但稳态时的震荡幅度越大；相反的，步长越小，稳态性能越好，但跟踪速度越慢。针对这一特点，发展出了很多对这些传统MPPT方法的改进方法，它们都是采用一些措施随着光伏阵列工作状态的改变而改变扰动的步长，以便得到比较高的跟踪速度同时较高的稳态性能。

由于光伏阵列的输出特性的高度非线性以及其最大功率点影响因素的复杂性，今年来一些智能算法也开始在太阳能光伏发电系统MPPT中得到应用。例如：模糊逻辑控制算法、遗传算法和粒子群算法都有一些研究人员在开发它们在光伏MPPT控制中的应用。但是这些智能算法一般算法的结构比较复杂，其对硬件特别是处理器的要求比较高，目前还处于研究阶段。