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逆变器MPPT控制策略

2025-12-30 00:00:00.0

一、MPPT控制器背景

当温度和光照强度等因素保持不变时,光伏系统输出功率存在唯一极值点,这个极值点即系统的最大功率点;当温度和光照强度等因素改变时,功率曲线会出现偏移,其最大功率点也会相应改变。因此,跟踪动态变化的最大功率点是减小系统功率损耗的有效方法,MPPT控制器设计是决定最大功率点跟踪精度的关键环节。

二、不同追踪方法的对比

MPPT控制器研究现状国外较早对MPPT控制器展开研究,如TI公司开发的MPPT算法,已经在实际项目中得以实现。国内如无锡尚德、苏州快可等在MPPT控制器的设计上面成果显著目前常用的MPPT算法有

(1)恒定电压跟踪法(ConstantVoltageTrackingMethod,CVT),该方法通过找到光伏电池最大功率点对应的恒定电压,并控制光伏电池使之输出恒定在该电压下。该方法控制简单易实现、可靠性高,但忽略了环境温度对光伏电池输出电压的影响。

(2)扰动观察法(PerturbandObserveMethod,P&O),通过周期性扰动工作电压并比较功率变化确定调整方向,实现简单但存在功率波动,改进版采用变步长提升稳定性

(3)电导增量法(ConductanceIncrementMethod,INC),通过比较电导增量与瞬时电导的关系精确定位最大功率点,稳定性更优但计算复杂。

不同算法的优缺点也很明显。恒定电压跟踪法实现简单,将最大功率点处的电压Um看作一个定值,与光伏阵列输出端开路电压Uoc呈线性关系,比例系数为k。由恒定电压跟踪法实现的MPPT控制器无需采集光伏阵列侧输入电流,只需采集光伏阵列侧输入电压瞬时值,节省了一个电流传感器。光伏阵列侧输入电压瞬时值与电压定值Um作差后,将误差送入PWM发生器,产生控制DC/DC变换器开关管导通与关断的PWM信号,即可实现最大功率跟踪。该算法具有简单易实现的优点,但是其实现前提是温度保持不变,温度的变化对系统的稳态精度影响较大,当温度发生变化时最大功率点电压Um将不再是一个定值,而是和温度呈负相关。

扰动观察法是目前使用最广泛的MPPT控制算法之一,具有控制精确、易实现的优点。通过对DC/DC变换器的输出电压进行扰动,根据加入电压扰动后对应的输出功率增大或减小来判断光伏系统是否到达最大功率点,当光照强度和温度等条件发生变化时,输出U-P曲线会发生偏移,而根据加入扰动电压后的输出功率增加或减少来判断系统是否达到最大功率点,可能出现误判问题,且在最大功率点处会产生功率振荡。相关学者提出自适应步长扰动法,用变化的步长取代传统扰动观察法中的定步长,解决了最大功率点附近的功率振荡现象,但是可能出现的误判问题仍然存在。

三、奥克斯逆变器MPPT控制策略

MPPT最大功率跟踪,即对跟随太阳能电池表面温度变化和太阳辐照度变化而产生出的输出电压与电流的变化进行跟踪控制,使方阵经常保持在最大输出的工作状态,以获得最大的功率输出。我司MPPT输入分2种类型独立模式和并联模式,用户可根据需要配置输入模式,系统默认为独立模式。独立模式下,所有输入独立工作分路进行MPPT追踪;并联模式下,所有输入按一路处理,整体进行MPPT追踪。

1)光伏阵列的输出(U-I)和(U-P)曲线--存在极值点

 

U-I曲线图                                U-P 曲线图

2)逆变器必须控制功率输出,实时跟踪最大功率点。

 

P-V曲线追踪图

u 改进的MPPT,寻优效率更高,兼顾快速性、准确性、稳定性。

u ASN系列的MPPT采用改进的扰动观察法,扰动间隔时间由原来的500ms提高到250ms,进一步提高了逆变器的静态MPPT追踪效率,误差1W,静态MPPT效率大于99%:

u 采用动态变步长的寻优方式,采样10V、5V、2V三种变步长切换策略,既提高了MPPT的寻优速度,也极大的提高了在最大功率点的稳定度,使MPPT效率达到99%,有效地提高了发电量。

u 增加了防止因光线变化引起的误扰动,在两次寻优中间,采样由扰动和光线变化引起的功率变化率为P1,在下次寻优前,采样由光线变化引起的功率变化P2,从而得到由真实扰动引起的功率变化P=P1-P2,通过这种方式,有效地消除了因光线变化引起的误扰动。

u 为了避免寻优寻到次优点,当MPPT功率在一定阀值内连续较长时间(300S左右)不变化时,将向正或负向扰动10V,以防止寻优寻至次优点,从而进一步提高了系统的MPPT效率。

u 采用自学习方式,记录最大功率点的范围,并每隔一定时间在记录的最大功率点范围内进行全局寻优,从而进一步提高了全局寻优的效率。

3)效率曲线表

 

 

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