学习情境三- 光伏发电系统控制器的设计ppt课件.ppt

学习情境三- 光伏发电系统控制器的设计回目录前一页上一级内蒙古辉腾锡勒风电场回目录前一页上一级太阳能光伏发电系统控制器设计太阳能光伏发电系统控制器设计项目三项目三光伏控制器简介光伏控制器简介3.1储能装置储能装置3.23.3光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理3.4光伏控制器的分类光伏控制器的分类3.5光伏控制器的选用光伏控制器的选用回目录前一页上一级问题？问题？1.太阳能发电系统中为什么要用控制器？2.控制器的类型？3.控制器的工作原理？4.控制器具有的功能？5.如何选用和设置控制器的参数？回目录前一页上一级内蒙古辉腾锡勒风电场光伏控制器简介光伏控制器简介3.1p 太阳能光伏发电系统控制器是对光伏发电系统进行管理和控制的设备，是整个光伏发电系统的核心部分，简称光伏控制器。光伏控制器概念光伏控制器概念回目录前一页上一级光伏控制器简介光伏控制器简介3.1光伏控制器的作用光伏控制器的作用回目录前一页上一级自动对电路中的多路模拟信号进行采集，自动对电路中的多路模拟信号进行采集，分析及处理。对偏差信号进行分析、校正。分析及处理。对偏差信号进行分析、校正。信号检测信号检测自动调整系统的运行状态，进行实时的自动调整系统的运行状态，进行实时的监控和报告。监控和报告。系统调节系统调节保护设备避免出现过电压和过电流现象，保护设备避免出现过电压和过电流现象，防止设备损坏。防止设备损坏。设备保护设备保护出现故障时，自动检测故障类型、指示出现故障时，自动检测故障类型、指示故障位置，使得维护更加方便。故障位置，使得维护更加方便。故障诊断定位故障诊断定位功能光伏控制器简介光伏控制器简介3.1并网型光伏系统回目录前一页上一级光伏控制器简介光伏控制器简介3.1具体的功能如下：具体的功能如下：回目录前一页上一级回目录前一页上一级 MPPT（Maximum Power Point Tracking ）含义：太阳能电池的输出功率会随着日照强度和太阳能电池表面的温度改变而变化，这种变化时太阳能电池的工作点一直向着最大功率点跟踪变化，控制太阳能电池产生最大功率的这种控制称为最大功率跟踪控制。回目录前一页上一级内蒙古辉腾锡勒风电场储能装置储能装置3.2p 太阳能光伏发电受到气象条件和地理条件的影响，产生的电能具有随机性和不稳定性，因此需要配备储能装置。储能装置的储能装置的重要性重要性p 合理选择和使用维护好蓄电池，是光伏发电系统设计和运行管理中至关重要的问题。回目录前一页上一级 锂离子电池是指锂离子电池是指LiLi+ + 嵌入化合物为正、负极的二次电池。嵌入化合物为正、负极的二次电池。 在充放电过程中，在充放电过程中，LiLi+ + 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为“摇椅电池摇椅电池”。 充电池时，充电池时，LiLi+ +从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于负从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于负锂状态锂状态；放电时则相反。放电时则相反。储能装置储能装置3.2什么叫锂离子电池？回目录前一页上一级锂一次电池锂一次电池(又称锂原电又称锂原电池池, Primary LB)锂电池锂电池(Lithium Battery, 简写成简写成LB)锂二次电池锂二次电池(又称锂可充又称锂可充电电池，电电池，Rechargeable LB)回目录前一页上一级锂与过渡金属的锂与过渡金属的复合氧化物复合氧化物锂离子电池锂离子电池比能量比能量层状结构的石墨层状结构的石墨120-150Wh/kg是普通镍镉电池是普通镍镉电池的的2-3倍倍高达高达3.6V正极正极20世纪世纪80年代末，日本年代末，日本Sony公司公司提出者1）锂离子电池的产生）锂离子电池的产生回目录前一页上一级锂离子电池锂离子电池 的主要组成部分的主要组成部分正极材料正极材料负极材料负极材料隔膜隔膜电解液电解液外壳外壳2）锂离子电池的结构）锂离子电池的结构回目录前一页上一级锂离子电池主要组成部分的常见材料锂离子电池主要组成部分的常见材料回目录前一页上一级与镍镉（与镍镉（Ni/CdNi/Cd）、镍氢（）、镍氢（Ni/MHNi/MH）电池相比，锂离子电池的主要特点如下：）电池相比，锂离子电池的主要特点如下：镍镉电池镍镉电池镍氢电池镍氢电池铅酸电池铅酸电池锂离子锂离子电池电池聚合物锂聚合物锂离子电池离子电池重量能量密度重量能量密度（Wh/kgWh/kg）45-8045-8060-12060-12030-5030-50110-160110-160100-130100-130循环寿命循环寿命（至初始容量（至初始容量80%80%）15001500300-500300-500200-300200-300500-2000500-2000300-500300-500单体额定电压单体额定电压(V)(V)1.251.251.251.252 23.63.63.63.6过充承受能力过充承受能力中等中等低低高高非常低非常低低低月自放电率月自放电率（室温）（室温）20%20%30%30%2%2%1%1%10%10%3）锂离子电池的特点）锂离子电池的特点回目录前一页上一级锂离子电池锂离子电池优点优点无环境污染，绿色电池无环境污染，绿色电池输出电压高输出电压高能量密度高能量密度高安全，循环性好安全，循环性好自放电率小自放电率小快速充放电快速充放电充电效率高充电效率高回目录前一页上一级1圆柱型锂离圆柱型锂离子电池子电池(Cylindrical Li-ion Battery)3纽扣锂离子纽扣锂离子电池电池(Coin Li-ion Battery)4薄膜锂离子薄膜锂离子电池电池(Thin Film Li-ion Battery) 2方型锂离子电方型锂离子电池池(Prismatic Li-ion Battery)4）锂离子电池的类型）锂离子电池的类型回目录前一页上一级圆柱型的外观与内部结构如图所示，通常正负极与隔膜被绕卷到负极柱圆柱型的外观与内部结构如图所示，通常正负极与隔膜被绕卷到负极柱上，再装入圆柱型钢壳，然后注入电解液，封口，最后产品得以成型。上，再装入圆柱型钢壳，然后注入电解液，封口，最后产品得以成型。回目录前一页上一级方型锂离子电池外观与内部结构如图所示，其主要部件与圆柱型锂方型锂离子电池外观与内部结构如图所示，其主要部件与圆柱型锂离子电池类似，主要也是由正负极和电解质，以及外壳等部件组成。离子电池类似，主要也是由正负极和电解质，以及外壳等部件组成。通常电解质为液态时，使用钢壳；若使用聚合物电解质，则可以使通常电解质为液态时，使用钢壳；若使用聚合物电解质，则可以使用铝塑包装材料。用铝塑包装材料。回目录前一页上一级除圆柱型锂离子电池和方型锂离子电池外，还有纽扣锂离子电池除圆柱型锂离子电池和方型锂离子电池外，还有纽扣锂离子电池（CoinLi-ion BatteryCoinLi-ion Battery），这种电池结构简单，通常用于科研测试。），这种电池结构简单，通常用于科研测试。回目录前一页上一级薄膜锂离子电池是锂离子电池发展的最新领域薄膜锂离子电池是锂离子电池发展的最新领域, , 其厚度可达毫米其厚度可达毫米甚至微米级，常用于银行防盗跟踪系统、电子防盗保护、微型气甚至微米级，常用于银行防盗跟踪系统、电子防盗保护、微型气体传感器、微型库仑计等微型电子设备体传感器、微型库仑计等微型电子设备. .回目录前一页上一级正极反应：LiCoO2= Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 负极反应：C + xLi+ + xe- = CLix 电池总反应：LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + CLix 放电时发生上述反应的逆反应。5）锂离子电池的工作原理）锂离子电池的工作原理回目录前一页上一级Li-ion Battery应用范围应用范围回目录前一页上一级电池内阻电池内阻 电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。电池内阻是衡量电池性能的一个重要参数。影响。电池内阻是衡量电池性能的一个重要参数。电池的容量电池的容量 电池的容量有电池的容量有额定容量额定容量和和实际容量实际容量之分。锂离子电池规定在常温、恒流之分。锂离子电池规定在常温、恒流(1C)(1C)、恒压、恒压(4.2V)(4.2V)控制的充电条件下，控制的充电条件下，充电充电3h3h、再以、再以0.2C0.2C放电至放电至2.75V2.75V时，所时，所放出的电量为其放出的电量为其额定容量额定容量。 电池的电池的实实际容量际容量是指电池在一定的放电条件下所是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。明充放电条件）。 容量单位：容量单位：mAhmAh、Ah(1Ah=1000mAh)Ah(1Ah=1000mAh)。锂离子电池的性能参数锂离子电池的性能参数回目录前一页上一级 工作电压工作电压又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，不需克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路内部时，不需克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。锂离子电池的放电工作电压在电压，充电时则与之相反。锂离子电池的放电工作电压在3.6V3.6V左右。左右。u开路电压和工作电压开路电压和工作电压 开路电压开路电压是指电池在非是指电池在非工作状态下即电路中无电流工作状态下即电路中无电流流过时，电池正负极之间的流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，锂离电势差。一般情况下，锂离子电池充满电后开路电压为子电池充满电后开路电压为4.14.14.2V4.2V左右，放电后开路左右，放电后开路电压为电压为3.0V3.0V左右。通过对电左右。通过对电池的开路电压的检测，可以池的开路电压的检测，可以判断电池的荷电状态。判断电池的荷电状态。回目录前一页上一级 放电平台时间放电平台时间 放电平台时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放电平台时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放电时间。例对某三元电池测量其放电时间。例对某三元电池测量其3.6V3.6V的放电平台时间，以的放电平台时间，以恒压充到电压为恒压充到电压为4.2V4.2V，并且充电电流小于，并且充电电流小于0.02C0.02C时停止充电时停止充电即充满电后，然后搁置即充满电后，然后搁置1010分钟，在任何倍率的放电电流下放分钟，在任何倍率的放电电流下放电至电至3.6V3.6V时的放电时间即为该电流下的放电平台时间。时的放电时间即为该电流下的放电平台时间。 因某些使用锂离子电池的用电器的工作电压都有电压要因某些使用锂离子电池的用电器的工作电压都有电压要求，如果低于要求值，则会出现无法工作的情况。所以放电求，如果低于要求值，则会出现无法工作的情况。所以放电平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。回目录前一页上一级 充放电倍率充放电倍率 充放电倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，1C在数值上等于电池额定容量，通常以字母C表示。如电池的标称额定容量为10Ah，则10A为1C（1倍率），5A则为0.5C，100A为10C，以此类推。 自放电率自放电率 自放电率又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电池的制造工艺、材料、储存条件等因素的影响。是衡量电池性能的重要参数。放电率越大剩余容量下的电压就越低回目录前一页上一级 充电效率和放电效率充电效率和放电效率 充电效率是指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池充电效率是指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池所能储存的化学能程度的量度。主要受电池工艺，配方及电所能储存的化学能程度的量度。主要受电池工艺，配方及电池的工作环境温度影响，池的工作环境温度影响，一般环境温度越高，则充电效率要一般环境温度越高，则充电效率要低。低。 放电效率是指在一定的放电条件下放电至终点电压所放出放电效率是指在一定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电量与电池的额定容量之比，主要受放电倍率，环境的实际电量与电池的额定容量之比，主要受放电倍率，环境温度，内阻等因素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放温度，内阻等因素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放电效率越低。电效率越低。温度越低，放电效率越低。温度越低，放电效率越低。u循环寿命循环寿命 电池循环寿命是指电池容量下降到电池循环寿命是指电池容量下降到某一规定的值时，电池在某一充放电制某一规定的值时，电池在某一充放电制度下所经历的充放电次数。锂离子电池度下所经历的充放电次数。锂离子电池GBGB规定，规定，1C1C条件下电池循环条件下电池循环500500次后容量次后容量保持率在保持率在60%60%以上。以上。 回目录前一页上一级 一、一、 控制器控制器光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理3.3充电开关放电开关回目录前一页上一级 一、一、 控制器控制器快速充电快速充电电压缓慢上升电压缓慢上升充电接近结束充电接近结束电压迅速上升电压迅速上升立即停止充电立即停止充电蓄电池容易损坏蓄电池容易损坏光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理3.3阈值电压门限电压回目录前一页上一级 一、一、 控制器控制器电压下电压下降很快降很快电压缓慢下降电压缓慢下降电压急剧下降电压急剧下降放电接近终了放电接近终了光伏控制器的基本原理光伏控制器的基本原理3.3放电终止电压回目录前一页上一级光伏控制器的分类及工作原理光伏控制器的分类及工作原理3.4l 按电路方式的不同并联型串联型脉宽调制型智能型最大功率跟踪型l 按电池组件输入功率 和负载功率不同小功率中功率大功率专用控制器l 按放电过程控制方式 的不同常规过放电控制型剩余电量放电全过程控制回目录前一页上一级光伏控制器的分类及工作原理光伏控制器的分类及工作原理3.4防反充二极管防反接二极管充电回路的开关蓄电池放电开关熔断器卸荷负载1.并联型控制器适用于小型、低功率系统，工作可靠性高。回目录前一页上一级2.串联型控制器适用于较高功率系统，继电器的容量决定充电控制器的功率等级。回目录前一页上一级 PWM三阶段充电控制器的主电路与并联型和串联型控制器基本一致，只是开关器件一般选用功率场效应晶体管（MOSFET），不能用继电器，控制方式也与简单的接通-断开式控制器大不相同。 脉宽调制控制器电路原理图如图所示。3.脉宽调制型控制器为了防止过充电，充分利用太阳能对蓄电池的充电，使得蓄电池处于良好的工作状态，进来发展了PWM型控制器。当蓄电池趋向充满时，脉冲的频率和时间缩短。回目录前一页上一级回目录前一页上一级 4 4）智能型控制器）智能型控制器 凡是采用计算机控制的控制器，均可以称为智能控制器。而这里凡是采用计算机控制的控制器，均可以称为智能控制器。而这里所说的智能控制器，则专指不但具有充放电控制功能，而且具有运行所说的智能控制器，则专指不但具有充放电控制功能，而且具有运行数据采集、显示、存储、打印、远程传输以致远程控制功能的控制器，数据采集、显示、存储、打印、远程传输以致远程控制功能的控制器，仅采用充放电控制的不包括在内。仅采用充放电控制的不包括在内。 该控制器采用高速该控制器采用高速CPUCPU微处理器和高精度微处理器和高精度A/DA/D模数转换器构成一模数转换器构成一个微机数据采集和监测控制系统，既可以快速实时采集光伏系统当前个微机数据采集和监测控制系统，既可以快速实时采集光伏系统当前的工作状态，又可以详细积累光伏系统的历史数据，为评估光伏系统的工作状态，又可以详细积累光伏系统的历史数据，为评估光伏系统设计的合理性及检测系统部件质量的可靠性提供准确而充分的依据。设计的合理性及检测系统部件质量的可靠性提供准确而充分的依据。此控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行此控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远程控制。集中管理和远程控制。回目录前一页上一级回目录前一页上一级 5 5）最大功率跟踪型控制器）最大功率跟踪型控制器 太阳能电池方阵的最大功率点会随着太阳辐照度和温度的变化而太阳能电池方阵的最大功率点会随着太阳辐照度和温度的变化而变化，而太阳能电池方阵的工作点也会随着负载电压的变化而变化。变化，而太阳能电池方阵的工作点也会随着负载电压的变化而变化。如果不采取任何控制措施，而是直接将太阳能电池方阵与负载相连，如果不采取任何控制措施，而是直接将太阳能电池方阵与负载相连，则很难保证太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，太阳能电池方阵则很难保证太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，太阳能电池方阵也不可能发挥出其应有的功率输出。最大功率跟踪控制器的作用就是也不可能发挥出其应有的功率输出。最大功率跟踪控制器的作用就是通过直流变换电路和寻优控制程序，无论太阳辐照度、温度和负载特通过直流变换电路和寻优控制程序，无论太阳辐照度、温度和负载特性如何变化，始终使太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，充分发性如何变化，始终使太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，充分发挥太阳能电池方阵的效能，这种方法被称为挥太阳能电池方阵的效能，这种方法被称为“最大功率点跟踪最大功率点跟踪”，即，即MPPTMPPT。回目录前一页上一级回目录前一页上一级l 控制器的主要性能参数控制器的主要性能参数 1 1）系统电压）系统电压 系统电压又称额定工作电压，指光伏系统的直流工作电压，电压一般为系统电压又称额定工作电压，指光伏系统的直流工作电压，电压一般为12V/24V/48V/110V/220V12V/24V/48V/110V/220V等。等。 2 2）最大充电电流）最大充电电流 最大充电电流指太阳电池组件或方阵输出的最大电流，电流一般为最大充电电流指太阳电池组件或方阵输出的最大电流，电流一般为5A5A、6A6A、8A8A、10A10A、12A12A、15A15A、20A20A、30A30A、40A.250A40A.250A、300A300A等等等等 3 3）蓄电池过充电保护电压（）蓄电池过充电保护电压（HVDHVD） 蓄电池过充电保护电压也叫充满断开电压，一般根据需要和蓄电池类型的不蓄电池过充电保护电压也叫充满断开电压，一般根据需要和蓄电池类型的不同来设定。同来设定。 14.114.114.5V14.5V（12V12V系统）、系统）、28.2 28.2 29V29V（24V24V系统）、系统）、56.4 56.4 58V58V（48V48V系统）系统）。光伏控制器的选用光伏控制器的选用3.5回目录前一页上一级l 控制器的主要性能参数控制器的主要性能参数4 4）蓄电池充电保护恢复充电电压（）蓄电池充电保护恢复充电电压（HVRHVR） 蓄电池充电保护恢复充电电压一般设为蓄电池充电保护恢复充电电压一般设为13.1 13.1 13.4V13.4V（12V12V系统）、系统）、26.2 26.2 26.8V26.8V（24V24V系统）、系统）、52.4 52.4 53.6V53.6V（48V48V系统）。系统）。5 5）蓄电池过放电保护电压（）蓄电池过放电保护电压（LVDLVD） 蓄电池过放电保护电压又称为欠压关断电压，一般根据需要和蓄电池蓄电池过放电保护电压又称为欠压关断电压，一般根据需要和蓄电池类型的不同来设定：类型的不同来设定：10.8 10.8 11.4V(12V11.4V(12V系统系统) )、21.6 21.6 22.8V22.8V（24V24V系统）、系统）、43.2 43.2 45.645.6（48V48V系统）。系统）。回目录前一页上一级l 控制器的主要性能参数控制器的主要性能参数6 6）蓄电池过放恢复放电电压（）蓄电池过放恢复放电电压（LVRLVR） 蓄电池过放恢复放电电压一般设定为蓄电池过放恢复放电电压一般设定为12.1 12.1 12.6V12.6V（12V12V系统）、系统）、24.2 24.2 25.2V25.2V（24V24V系统）、系统）、48.4 48.4 50.4V50.4V（48V48V系统）。系统）。7 7）蓄电池充电额定电压）蓄电池充电额定电压 蓄电池充电额定电压一般为蓄电池充电额定电压一般为13.7V13.7V（12V12V系统）、系统）、27.4V27.4V（24V24V系统）、系统）、54.8V54.8V（48V48V系统）。系统）。8 8）电路自身损耗）电路自身损耗 控制器电路自身损耗也叫最大自消耗电流，根据电路不同，自身损耗控制器电路自身损耗也叫最大自消耗电流，根据电路不同，自身损耗一般为一般为5 5 20A20A，一般不得超过其额定充电电流的，一般不得超过其额定充电电流的1%1%。回目录前一页上一级l 控制器的主要性能参数控制器的主要性能参数9 9）太阳电池方阵输入路数）太阳电池方阵输入路数 光伏控制器的输入路数要大于或等于太阳电池方阵的设计输入路数，光伏控制器的输入路数要大于或等于太阳电池方阵的设计输入路数，一般有单路、一般有单路、6 6路、路、1212路、路、1818路输入等等。路输入等等。1010）温度补偿）温度补偿 控制器一般都具有温度补偿功能，以适应不同的工作环境温度（控制器一般都具有温度补偿功能，以适应不同的工作环境温度（- -20 20 5050摄氏度），其温度补偿一般为摄氏度），其温度补偿一般为-20 -20 40mv/40mv/摄氏度。摄氏度。1111）其他保护功能）其他保护功能 控制器一般还具有防反充保护功能、极性反接保护功能、短路保护功控制器一般还具有防反充保护功能、极性反接保护功能、短路保护功能、防雷击保护功能和耐冲击电压能、防雷击保护功能和耐冲击电压/ /电流保护功能等。电流保护功能等。回目录前一页上一级从PV曲线可以看出：曲线以最大功率点为界，分为左右两侧。当太阳能电池工作在右侧时，就将电压值调小，从而使得功率变大；当太阳能电池工作在最大功率点左侧时，为了获得最大功率，可以将电压值调大。最大功率跟踪型控制器最大功率跟踪型控制器3.6回目录前一页上一级1、理论基础、理论基础RiIR0+-V0太阳能电池简单的线性电路图中，Ui为电压源电压，Ri为电压源的内阻，R0是负载电阻。负载消耗的功率为：022000()iRiVPI RRRRUi、Ri均是常数，对Ro求导，可得 ：020300P()RiiidRRVdRRRUi回目录前一页上一级 结论：结论：对于一个对于一个线性电路线性电路，当负载电阻和电源内阻相，当负载电阻和电源内阻相等时，电源输出功率最大。虽然太阳能电池和等时，电源输出功率最大。虽然太阳能电池和 DC-DCDC-DC转换转换电路都是非线性的，但是在其工作点附近很小的范围内，电路都是非线性的，但是在其工作点附近很小的范围内，可以将它们看作是线性电路。因此，只要调节可以将它们看作是线性电路。因此，只要调节DCDCDCDC转换转换电路的等效电阻，使它始终等于太阳能电池的内阻，就可电路的等效电阻，使它始终等于太阳能电池的内阻，就可以实现太阳能电池阵列的最大功率输出，也就是实现了太以实现太阳能电池阵列的最大功率输出，也就是实现了太阳能电池的最大功率跟踪。阳能电池的最大功率跟踪。回目录前一页上一级 上面仅仅从理论上进行了分析，但在实际中存在一些上面仅仅从理论上进行了分析，但在实际中存在一些问题。因为在电路中测量电阻要比测量电压复杂很多。可问题。因为在电路中测量电阻要比测量电压复杂很多。可以看出，当以看出，当Ri=RoRi=Ro时，负载时，负载RoRo电阻两端电压电阻两端电压Vo=Vi/2Vo=Vi/2。因此，。因此，可以调节可以调节R0R0两端的电压使之等于两端的电压使之等于Vi/2Vi/2，即，即， Vo=Vi/2Vo=Vi/2电源电源同样有最大功率输出。同样有最大功率输出。调节负载电压实现太阳能电池的最大功率跟踪 回目录前一页上一级 下图为调节负载电压实现太阳能电池的最大功率跟踪示意图，图中实下图为调节负载电压实现太阳能电池的最大功率跟踪示意图，图中实直线为负载电阻线，虚曲线为等功率曲线，直线为负载电阻线，虚曲线为等功率曲线，IscIsc为太阳能电池的短路为太阳能电池的短路电流，电流，VocVoc为太阳能电池的开路电压，为太阳能电池的开路电压，PmPm为太阳能电池的最大功率为太阳能电池的最大功率点。，点。，VmVm、ImIm分别为太阳能电池在最大功率点运行时对应的电压和电分别为太阳能电池在最大功率点运行时对应的电压和电流。当只考虑太阳能电池时，其最大功率运行点为流。当只考虑太阳能电池时，其最大功率运行点为Pm(VmPm(Vm、Im)Im)。若将。若将太阳能电池通过变换器与负载连接，太阳能电池的工作点则由负载限太阳能电池通过变换器与负载连接，太阳能电池的工作点则由负载限定。定。 回目录前一页上一级 当负载不可以调节时，结合负载特性和太阳能电池特性，使太阳能电当负载不可以调节时，结合负载特性和太阳能电池特性，使太阳能电池运行在池运行在A A点。当负载可以调节时，由图可知，太阳能电池在点。当负载可以调节时，由图可知，太阳能电池在A A点的输点的输出功率小于在最大功率点的输出功率。通过调节输出电压，将负载电出功率小于在最大功率点的输出功率。通过调节输出电压，将负载电压调节到压调节到VmVm处，使负载上的功率从处，使负载上的功率从A A点移到点移到B B点。而点。而B B点与太阳能电池点与太阳能电池的最大功率点在同一条等功率线上，因此太阳能电池此时有最大功率的最大功率点在同一条等功率线上，因此太阳能电池此时有最大功率输出。输出。回目录前一页上一级2. DC/DC2. DC/DC级电路的级电路的MPPTMPPT实现实现 在单相光伏发电并网系统中，最大功率点跟踪功能的在单相光伏发电并网系统中，最大功率点跟踪功能的实现是在实现是在DC/DCDC/DC级。将该级作为光伏电池的负载，通过改级。将该级作为光伏电池的负载，通过改变占空比来改变其与光伏电池输出特性的匹配，实现太阳变占空比来改变其与光伏电池输出特性的匹配，实现太阳能电池的能电池的MPPTMPPT。当外界环境变化时，通过不断调整变换器。当外界环境变化时，通过不断调整变换器的开关占空比，实现太阳能光伏阵列的输出电压的开关占空比，实现太阳能光伏阵列的输出电压VpvVpv与光与光伏阵列最大功率点所对应的电压相匹配，就可以实时获得伏阵列最大功率点所对应的电压相匹配，就可以实时获得太阳能电池的最大输出功率。太阳能电池的最大输出功率。回目录前一页上一级UiITon=（Uo-Ui）IToff升压变换电路（Boost Converter） 1ioiiOFFONUTTUUUTTTD回目录前一页上一级 Boost电路的占空比D在Dmin和1之间变化时，可控制光伏阵列的输出电压在0-Uoc之间变化，通过改变占空比就能找到光伏阵列在最大功率点处的电压Um。 光伏阵列的输出电压和电流送入MPPT控制器进行最大功率点跟踪控制，控制器输出PWM波驱动开关管动作，改变Boost电路的Uo，使其与光伏阵列最大功率点所对应的电压相匹配，从而使光伏阵列始终输出最大功率。 回目录前一页上一级系统控制原理图回目录前一页上一级 由光伏电池板的输出特性可知，光伏电池板的电压与电流是非线性的关系，并且在不同的工作环境下，由于环境温度与日照强度的不同工作曲线有所不同，但是每一条工作曲线只有一个最大功率点，此最大功率点即为光伏电池板的最佳工作点。因此为了提高光伏电池板的工作效率，需要控制光伏电池板的输出，使光伏电池板随时都工作在最大功率点。关于光伏电池板的最大功率跟踪有很多方法，在实现的过程中，进行调节时所依据的变量也不同，有依据电压的，也有依据功率的。 回目录前一页上一级 所谓依据电压是指所谓依据电压是指：在调节的过程中，不断地测量光伏电池的特性，计算出光伏电池的最大功率点，然后调节光伏电池的工作点，使工作点电压尽量接近最大功率点电压，并且跟随着最大功率点电压的变化而变化。 依据功率是指依据功率是指：在调节的过程中，测量光伏阵列的输出功率，依据它来调节光伏电池的工作点，使光伏阵列保持最大的输出功率。回目录前一页上一级 1）电压回授法 电压回授法是最简单的一种最大功率跟踪法，即CVT(Constant Voltage Tracking )，经由事先的测试，得知光伏阵列在某一日照信号和温度下至最大功率点的电压大小，再调整光伏阵列的端电压，使其能与实现测试的电压相符，来达到最大功率点跟踪的效果。此控制方法的最大缺点是当环境条件大幅度改变时，系统不能自动的跟踪到光伏电池的改变后的最大功率点，因此造成能量的浪费。回目录前一页上一级 （a） （b）(a)固定参考电压法方框图;(b)可变参考电压方框图图3.14电压回授法方框图 回目录前一页上一级 2）功率回授法 由于电压回授法无法随环境条件的改变自动跟踪到最大功率点，因此功率回授法加入了输出功率对电压变化率的判断，以便能适应天气的变化而达到最大功率点跟踪，也就是改变输出功率判断此时是否dp/dv=0，当dp/dv=0时即是为操作在最大功率点。配合控制流程即可动态地追踪光伏电池板在不同日强度及温度下的最大功率点。相对于电压回授法而言，此方法虽然较为复杂且需较多的运算过程，但其在减少能量损耗以及提升整体效率的效果却是非常显著的。回目录前一页上一级功率回授法方框图功率回授法方框图回目录前一页上一级3）微扰观察法 微扰观察法(Perturbation and Observation Method，简称P&O法)由于其结构简单，且需测量的参数较少，所以它被普遍应用在光伏电池板的最大功率点跟踪。就是要引入一个小的变化，然后进行观察，并与前一个状态进行比较，根据比较的结果调节光伏电池的工作点。通过改变光伏电池的输出电压，并实时地采样光伏电池的输出电压和电流，计算出功率，然后与上一次计算的功率进行比较，如果小于上一次的值，则说明本次控制使功率输出降低了，应控制使光伏电池输出电压按原来相反的方向变化。回目录前一页上一级 如果大于则维持原来增大或减小的方向，这样就保证了使太阳能输出向增大的方向变化，如此反复的扰动、观察与比较，使光伏电池板达到其最大功率点。实现最大功率的输出。但是在达到最大功率点附近后，其扰动并不停止，而会在最大功率点左右振荡，而造成能量损失并降低光伏电池板的效率。在此引入一个参考电压，在得出比较结果后，调节参考电压，使它逐渐接近最大功率点电压，在调节光伏电池工作点时，根据这个参考电压进行调节。微扰观察法方块图如下图所示。回目录前一页上一级微扰观察法方框图微扰观察法方框图 回目录前一页上一级微扰观察法流程图微扰观察法流程图 回目录前一页上一级 图中Vk、Ik、Pk是上一次测量和计算出的值。从图中可以看出：在功率比较之后，经过判断电压的变化，对参考电压Vref减一个调整电压V，然后再进行测量、比较，进入下一个循环。这就是微扰观察法。这种方法简单易懂，实现起来比较容易，只要进行简单的运算和比较即可，因此是一种较为常用的方法。 MPPT调节过程如下图所示，图（a）所示日照强度和环境温度不变时的调节过程；图（b）所示为在系统到达最大功率点后日照强度或环境温度变化后的调节过程。回目录前一页上一级 （a） （b）(a)环境不变时MPPT调节过程示意图 (b)环境变化时MPPT调节过程示意图上图为调节过程示意图 回目录前一页上一级 电压的变化量V的选择影响到跟踪的速度与准确度，能否准确的实现MPPT功能。 V设置偏大，跟踪速度快，会导致跟踪的精度不够，在最大功率点附近功率输出摆动大； V设置偏小则跟踪速度慢，浪费电能，但输出能更好地靠近最大功率点。这种方法简单易懂，实现起来也比较容易，但是此种方法较盲目，如果Vref的初始值设置的离最大功率点电压相差较大，加上V设置的不合理，可能会花费很长的时间才到达最大功率点，甚至会导致远离最大功率点。一般常用的V确定是采用变化的V ，根据每次测量和计算的结果不断调整它。当工作点离最大功率点较远时，增大V ，使工作点电压变化的快一些；当工作点离最大功率点较近时，减小V ，使工作点不会跨过最大功率点而远离它。回目录前一页上一级4）电导增量法 增量电导法(Incremental Conductance Method，简称IncCond)是通过调整工作点的电压，使之逐渐接近最大功率点电压来实现最大功率点的跟踪。而增量电导法避免了微扰观察法的盲目性，它能够判断出工作点电压与最大功率点电压之间的关系。电导增量法框图如下：回目录前一页上一级回目录前一页上一级 可以根据dP/dV与I/V之间的关系来调整工作点电压从而实现最大功率跟踪。增加额里同样引入一个参考电压Vref，下图即为增量电导法的流程图。回目录前一页上一级增量电导法流程图增量电导法流程图回目录前一页上一级 图中Vk、Ik是新测量出的值，再根据这两个值计算电流和电压的变化。由于是dV分母，因此先要判断dV是否为0，如果电压没有变化，且电流也没有变化，那么就说明不需要进行调整；如果电压没有变化，而dI不为0，那么就根据dI的正负对参考电压进行调整。假如dV不为0，再根据前述三个关系式给出的关系，对参考电压进行调整。回目录前一页上一级 采用增量电导法，对工作电压的调整不再是盲目的，而是通过每次的测量和比较，预估出最大功率点的大致位置，再根据结果进行调整。这样在天气情况有较快变化的时候，就不会出现采用微扰观察法时出现的工作点越来越远离最大功率点的情况。由此看来增量电导法较微扰观察法有效。但是由于采用增量电导法需要的计算量较大，而且在计算过程中，需要记录的数据比微扰观察法要多，因此对系统的性能要求较高。如果不能采用高速处理器，它的优势并不能体现出来，实际应用的较少。