光伏电池最大功率跟踪算法的研究

1、本文由伊休丫贡献doc文档可能在WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT ，或下载源文件到本机查看。 光伏电池最大功率跟踪算法的研究1 引言广告插播信息 维库最新热卖芯片： TDA7467D FDS7066ASN3 IRFI840G CY7C4255-15AC BCR185S FQPF12N60 AD8052AR HV518PJ MAX6692MUA PI3B3245Q传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还 有 20 亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生 能 源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。太阳能 以其独

2、有的优势而成为人们重视的焦点，越来越多的国家开始实行“阳光计 划”， 开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。因此，研究并网逆变器的设 计有着广阔的前景和意义。 限制光伏系统的主要因素有两点： 初期投资比较大； 太阳能光 伏电池的转换效率低。目前我们通常使用的光伏电池效率在 15%左 右，即使世界上最先进技术的光伏电池在特殊的实验条件下也只能达到 40%，因 此光伏电池最 大功率跟踪就变得十分重要，所以长期以来都是学术界研究的热 点。 2 光伏电池阵列特性分析 2.1 光伏电池的数学模型 光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制作而成的。 所谓光伏效应是指半导 体材料吸收光能，由光子激发出电子空穴对

3、，经过分离而产生电动势的现 象。 光伏电池的 I-V 特性随日照强度 S（W/）和电池温度 t（）而变化，即 I=f （V,S,t ）。根据电子学理论，当负载为纯电阻时，光伏电池的实际 等效电路如 图 1 所示。图 1 光伏电池等效电路 对应的 I-V 函数如下：反向饱和电流（对于光伏单元而言，其数量级为 10-4A），q-电子电荷 （1.6×10-19C ） K-玻耳兹曼常数 ， （1.38×10- 23J/K） T-绝对温度 ， （T=t+273K） ， A-二极管品质因子（当 T=330K 时，约为 2.80±0.152），Rs-串联电阻（为低阻 值，小于

4、1），Rsh 并联电阻（为高阻值，数量级为 K）1。 2.2 光伏电池输出的最大功率点图 2 光伏电池电压/电流曲线和电压/功率曲线 当光伏阵列输出电压比较小时，随着电压的变化，输出电流变化很小，光伏 阵列类似为一个恒流源；当电压超过一定的临界值继续上升时，电流急剧下 降， 此时的光伏阵列类似为一个恒压源2。光伏阵列的输出功率则随着输出电压的 升高有一个输出功率最大点。最大功率跟踪器的作用是在温度和辐射强度都变 化的环境里，通过改变光伏阵列所带的等效负载，调节光伏阵列的工作点，使光 伏阵列工作在输出功率最大点。 3 最大功率跟踪控制算法 目前，常用的最大功率跟踪方法有恒定电压跟踪法、扰动观察法

5、和电导增量 法。其中，电导增量法的跟踪准确性最高，在环境快速变化的情况下具有良好的 跟踪性能，因此被广泛采用。电导增量法是通过比较光伏电池阵列的瞬时导抗与 导抗变化量的方法来完成最大功率点的跟踪。达到最大功率点的条件，即当输出电导的变化量等于输出电导的负值时，光 伏电池阵列工作于最大功率点。在辐射强度和温度变化时，光伏电池阵列的输出 电压能平稳追随环境的变化，且输出电压波动小3。 电导增量法通过设定一些很小的变化阈值， 使光伏电池阵列稳定在最大功率 点的邻域内，而不是围绕着最大功率点前后波动。当外界环境发生变化时，从一 个稳态过渡到另外一个稳态时， 电导增量法根据电流的变化就能够做出正确的判

6、断，而不会像扰动观察那样出现误判断。图 3 电导增量法的控制流程图 图 3 中的 U （k ） I 、（k ） 是检测到的光伏电池阵列当前电压、 电流值，（k-1） U 、 I（k-1）是上一周期的电压、电流采样值。 光伏电池阵列与 Boost 电路相接时，假设外部负载仍为纯电阻负载，并忽略 Boost 电路本身阻抗的情况下， 根据 Boost 电路的阻抗变换关 系， 容易得出 Boost 电路的等效输入阻抗为 Req=(1D2R 。 D 为 Boost 电路的开关占空比，R 为电 阻性负载的阻抗。图 4 Boost 电路的拓扑结构对光伏电池阵列进行最大功率跟踪过程中，工作电压的控制是通过 B

7、oost 升压电路完成的。当占空比 D 越大时，Boost 电路的输入阻抗就越小， 占空比 D 越小时，Boost 电路的输入阻抗就越大。通过改变 Boost 电路的占空比 D，使其 等效输入阻抗与光伏输出阻抗相匹配，实现光伏电池的最大功率输 出，这是采 用 Boost 电路能够实现最大功率跟踪的理论依据。对于 Boost 电路的工作原理， 本文不再赘述。 4 最大功率跟踪时的问题 采用电导增量法进行最大功率跟踪过程中， 通过调节 Boost 电路的占空比来 实现光伏电池阵列的工作点电压的控制，从而达到最大功率的跟踪。然而 通过 光伏电池的电压/电流曲线和电压/功率曲线可以看出， 工作在恒压源

8、区和恒流源 区是改变相同步长的工作电压对光伏电池的输出功率改变是不同的。在恒流源 区内，输出电流对工作电压的改变敏感度很低，而在恒压源区对电流的影响却是 非常明显。为了能够更快、更精确的追踪到光伏电池的最大功率输出的工作电压 电 流，需要对跟踪的方法进行改进。 5 改进方法 根据相同工作电压变化量在恒压源区和恒流源区的不同影响效果， 对两个区 内电压变化的步长作适当调整， 提高最大功率跟踪的效率。 经过测试， 通常使 用 的光伏电池的最大功率点电压一般为其开路电压的（0.75-0.85）倍，所以恒流 源区与恒压源区电压范围的比例关系大概是 4:1。如果判断出当前光伏 电池阵 列工作于恒压源区时

9、，其工作电压肯定大于最大功率点电压，要朝着减小工作电 压的方向变化，取它的电压变化步长为V ；反之，如果判断出当前光伏电池 阵 列工作于恒流源区时，其工作电压肯定小于最大功率点电压，要朝着增大工作电 压的方向变化。为了提高跟踪速度，取它的电压变化步长为 4V 。 为了提高最大功率跟踪的精度，在一定的温度和光照强度时，当光伏电池的 输出功率与当前条件下所能达到的最大功率接近到一定程度时，对它的跟踪步 长V 进行调制，将V 适当变小，使其更精确的跟踪最大功率。在实际运行当 中，光照强度突然发生变化瞬间，光伏电池两端的工作电压不会发生明显变化， 相 反，光伏电池的输出电流会发生瞬间的明显变化。根据这

10、一特点来判断V 应采用大步长值V2 还是小步长值V1。在系统控制参数的设计时，需要根据 具体的 光伏电池参数，来确定工作电流的变化量 的值作为判断标准。改进后的 电导增量法流程图如图 5 所示。 图 5 改进后的电导增量法流程 6 实验结果 由实验波形很容易看出，采用改进后的电导增量算法的光伏系统，在光照强 度很稳定时，直流母线电压的波动非常小；当光照强度突然变化时，直流母线上 的电压也非常稳定，电流迅速增大，保证光伏电池始终做最大的输出。 图 6 光强突变时的母线电流和电压7 结语 利用 TMS320LF2407 数字信号控制器作为主要控制芯片，采用改进的 MPPT 控制方式，该系统具有很好

11、的动态响应和跟踪精度，具有跟踪光伏电池阵列最大 功率点的功能，提高了系统的效率，充分利用了能源。来源:香香公主 【收藏此页】【关闭】【返回1本文由windyboy06贡献pdf文档可能在WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT ，或下载源文件到本机查看。 到 术 · 研 究光伏 电池最大功率跟踪算法的研究马 秀 娟 , 吴佳 宇 , 李 彦玫 , 张 兰辉 哈尔滨工业大学 威海 电气工程系 , 威海 ,】 川, 目, 田 七,节丫 切,毛 沈七 山摘要根据光伏 电池的工程数学模型 , 在光照强度变化条件下光伏 电池输出特性进行 了研究 .结果表 明 , 光伏 电池的输出特性呈非线

12、性 , 功率最大值只在某一特定点上 .分析了传统的 电导增量法的特点 , 提 出了改进的电导增量法 .实验表明 , 从跟踪速度 和精度方面较传统方法都有提高 . 关键词光伏阵列最大功率跟踪电导增量法,', ,【 中图分类号文献标识 码文章编号一一一引言传统 的燃料 能源 正在 一 天 天减少 , 对环境造成 的危 害 日光伏 电池阵列特性分析光伏电池的数学模型光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制作而成的. 所谓光伏效应是指半导体材料吸收光能 , 由光子激发出电子一空夕 , 经过 冰寸益突出 , 同时全球还有亿人得不到正常 的能源供应 .这个时候 , 全世界都把 目光投 向了可再生能源

13、, 希望可再生能源 能够改变人类的能源结构 , 维持长远的可持续发展 .太阳能 以其独有的优势而成为人们重视 的焦点 , 越来越多的国家开始实行" 阳光计划 " 开 发太 阳能 资源 , 寻 求经济 发展 的新动 , 力 .因此 , 研 究 并 网逆变器 的设计有着广 阔的前景和意义 . 限制光伏 系统 的主要 因素有两点 初期投资 比较大 , 太分离而产生电动势的现象 . 光伏 电池的 一 特性随 日照强度 , 和电池温度 而变化 , 即, , . 根据电子学理论 , 当负载为纯电阻时 , 光伏 电池的实际等效电路如 图 所示 .阳能光伏 电池 的转 换效率 低 .目前

14、我们通常使用 的光 伏 电池 效率在 巧 左右 , 即使世 界上 最先进技术 的光伏 电池在 特殊杏 "图杏 "的实验条件 下也 只能达到,因此光伏 电池最大功率跟踪 光 伏 电池 等效 电路 洛就 变得 十分 重要 , 所 以长期 以来都 是学 术界研 究 的热 点 .一 一 .技 术研 刻对 应 的 一 函数 如 下. 从, 十 ,达到最大 功率 点 的条件 , 即当输 出 电导 的变 化 量 等于 输出 电导 的 负值 时 , 光 伏 电池 阵列 工 作于最 大功 率 点 .在辐 射 从," '强度 和 温度 变 化 时 , 光 伏 电池 阵列 的输

15、 出 电压 能 平 稳 追 随环 ,境 的变 化 , 且 输 出 电压 波动小."' "一 '光 伏 电流,灯 ' 一 "目 目."' ' ' 一 "'一 ',电导增量 法通 过 设定一 些很小 的变 化 闭值 , 使 光伏 电池阵 列稳 定在 最大 功率 点 的邻 域 内 , 而 不是 围绕 着最 大功 率 点 . 一反 向饱和 电流 对于 光伏单 元而 言 , 其 数,量级 为数一一 电子 电荷,一 耳 兹 曼常 玻,前 后波动 .当外界环境 发生变化 时 , 从一 个稳态 过

16、渡到 另外一 个 稳 态 时 , 电导 增量 法 根据 电流 的变化就 能够做 出正 确 的 判断 , 而不会像 扰动 观察那样 出现误 判断 . 图 中的 电流 值 , , 一 , 是 检 测 到 的光 伏 电池 阵 列 当前 电压 , 一 是上 一 周 期 的 电压 ,电流 采样 值 .一一 对 温度 绝 时 , 约为 士,一 极 二 一 串联 电管 品质 因子 当 二阻 为低 阻值 , 小 于 以 , 凡 一并联 电阻 为高 阻值 , 数量 级为 ' ' . 光伏电池输 出的最大功率点一系统初始化坐改 心图光伏 电池 电压电流 曲线和 电压 功 率 曲线功当光 伏 阵列

17、输 出电压 比较 小 时 , 随着 电压 的变 化 , 输 出 电流变 化 很 小 , 光 伏 阵列类似 为一 个恒 流 源 当 电压 超 过 一定的临界值继 续上升 时 , 电流急剧 下降 , 此时的光伏 阵列类似 为一 个恒 压 源 .光 伏 阵 列 的 输 出功 率 则 随 着 输 出 电压 的 之 丫怡 心 升 高 有一 个输 出功率最 大点 .最 大功 率跟踪 器 的 作用 是在 温 度 和辐 射 强度都 变 化 的环 境 里 , 通过改 变光 伏阵列所带 的等 效 负载 , 调 节光 伏 阵 列 的工 作点 , 使 光 伏 阵列 工 作在 输 出功率最大点 .返回图电导增量法的控制

18、流程 图最大功率跟踪控 制算法目前 , 常 用 的最 大 功 率 跟踪方 法有恒 定 电压 跟 踪法 ,扰 动 观 察法 和 电导 增 量法 .其 中 , 电导增量法 的跟 踪 准确性最 高 , 在环境 快速 变 化 的情 况 下具 有 良好 的跟踪 性 能 , 因此 被 广 泛 采用 .电导 增 量法 是 通 过 比较光伏 电池 阵列 的瞬 时导抗 与导抗 变 化量 的方法 来 完成 最 大功 率 点 的跟 踪 . 兰竺 二十 , 切 丝产 苦 , 了 ,产 , , 气'图光 伏 电池 阵列与电路 的拓 扑结 构电路相 接 时 , 假设 外部 负载仍 为纯电涤 世 界技 术研 究 ,

19、电阻 负载 , 并忽略 电路 本 身 阻抗 的情 况下 , 根据 电路 的等 效 输人 阻抗 为 电阻 还 是 小步 长值 .在 系统控 制 参 数 的设 计 时 , 需要 根据 具电路 的 阻抗 变 换 关 系 , 容 易 得 出 为 . 一 '. 为体的光伏 电池参数 , 来确定工作 电流 的变 化量的值 作为判电路 的开 关 占空 比 ,断 标 准 .改进 后 的 电导 增 量 法 流程 图如 图 所 示 .性 负 载 的 阻抗 .对 光 伏 电池 阵 列 进 行 最 大 功率 跟 踪过 程 中 , 工 作 电压 的 控 制 是通 过 升 压 电路 完 成 的 .当 占空 比 越

20、 大时 , 电路, 使其等凸 , , 系初化 统始电路 的输 人 阻抗 就越 小 , 占空 比 越 小 时 , 的输人 阻抗就 越 大 .通 过 改变 电路 的 占空 比效 输人 阻抗 与光 伏 输 出阻抗相 匹配 , 实现 光伏 电池 的最 大功 率 输 出 , 这 是 采用 依据 .对 于 电路 能够 实 现最 大功 率 跟 踪 的理 论编 磊叮戒 一 伙一 吸片 卜 伙一 二双 心电路 的工 作 原理 , 本 文 不再 赘述 .习最大功率跟踪时的问题采用 电导 增 量 法 进 行 最 大 功 率 跟 踪 过 程 中 , 通 过 调 节 电路 的 占空 比来 实 现 光 伏 电池 阵列 的

21、 工 作点 电压 的控 制 , 从 而 达 到 最 大 功率 的 跟 踪 .然 而 通 过 光 伏 电池 的 电压 电流 曲线 和 电压 功 率 曲线 可 以看 出 , 工 作在 恒 压 源 区和 恒 流源 区是 改变相 同步 长的工 作 电压 对 光伏 电池 的输 出功率 改 变 是不 同的 .在恒 流 源 区 内 , 输 出 电流对 工 作 电压 的改变敏 感度 很 低 , 而在恒 压 源 区对 电流 的影 响却是 非常 明显 .为 了 能够 更快 ,更精 确 的追 踪 到 光 伏 电池 的最 大功率 输 出的工 作 电压 电流 , 需 要 对 跟 踪 的方 法 进 行 改进 .图 改进

22、后 的 电导 增 量 法 流程返回人实验结果小,伊, 帐心斗 改进方法根据 相 同工 作 电压 变 化量 在恒 压 源 区 和恒 流 源 区的 不 同 影 响效果 , 对 两 个 区 内 电压 变 化 的步 长作适 当调 整 , 提 高最 大功率 跟踪 的效 率 .经过 测试 , 通 常 使用 的光 伏 电池 的最 大 功 率 点 电压 一 般 为 其 开 路 电压 的 一 倍 , 所 以恒 流 .如 果判 断由实验 波 形很 容 易看 出 , 采 用 改 进 后 的 电导 增量 算法 的 光伏 系统 , 在光 照 强度 很 稳定时 , 直 流母 线 电压 的波动 非常 当光 照 强 度 突

23、然 变 化 时 , 直 流母 线 上 的 电压 也 非 常 稳定 , 电流 迅速 增 大 , 保 证 光 伏 电池 始 终做 最 大 的 输 出 .源 区与恒 压 源 区 电压 范 围 的 比例 关 系大 概 是出当前 光伏 电池 阵 列工 作于恒压 源 区时 , 其工 作 电压 肯 定大 于最 大功率点 电压 , 要 朝 着 减小 工 作 电压 的方 向变化 , 取 它奋卜月卜 月卜叼韭' 一二二月了令 今 二下卜 诊 门的 电压 变化 步 长为 反 之 , 如 果 判 断 出 当前 光 伏 电池 阵电流目卜自目口甲列 工 作 于 恒 流 源 区 时 , 其 工 作 电压 肯 定小

24、于 最 大 功 率 点 电 压 , 要朝着增 大 工 作 电压 的方 向变化 .为 了提 高 跟踪速 度 , 取 它 的 电压 变 化 步 长 为 .电压今闷 闷 二叨 叫 旧目闷卜奋心 二二今今令为 了提 高最 大 功 率 跟 踪 的精 度 , 在一 定 的温度 和 光 照 强 度 时 , 当光 伏 电池 的输 出功率 与 当前 条 件 下所 能达 到 的最 大 功率 接 近 到一 定 程 度 时 , 对 它 的跟 踪 步 长 进 行 调 制 , 将 适 当变 小 , 使其 更 精 确 的跟 踪最 大功率 .在 实 际运 行 当如卜 门 ,成 平 州阳 二 自户 叫口卜 二卜今一一今二 ,

25、月介今月司图光 强 突 变 时 的 母线 电流和 电压中 , 光照强度 突然 发生变化瞬 间 , 光伏 电池两端 的工作 电压不 会 发生 明显变 化 , 相 反 , 光伏 电池 的输 出 电流 会 发生 瞬 间 的 明显变 化 .根据 这 一 特 点 来 判 断 应 采用 大 步 长值 结语下转 第 页元器州其 输人 电压 为交 流 为直 流 电流 涌 电流 一 一,输 出 电压 为直 流输出 典 型浪 .模 块 使 用 时 应按 装在散 热 板上 .输 出功率 为一大功率高压实现一高频输 出的一一正弦波的的脉 冲 为超 声最 小 功率 因素 为输 出 电压精 度 为 士 模 块 的特 点

26、达可 实 现 功 率 因素 和谐 波 校 正 , 效 率 高当大功率 脉冲变压 器 次级以上 .带 有过压 保 护 ,过 热保护 和 输人 浪 涌保护 等保波 电压 加到乙 谐 振 电路 其 为可调 高频 电感 线 圈 , 波换 能器 的等效 电容 , 由此则组成护 电路 .模 块 内部将 功率 电路 和控 制 电路 集 合在 一 起 , 使 用 起 来 非常 方 便 .其,一 外接 浪 涌 限 流 电阻 , 用 它 可 以限 制 电谐 振器 , 见 图 右上 角虚线所示,通 过 调 整 高 频 电感 线 圈 可 使 谐 振 器 得 到 串联 谐源 刚接 通 时 的 浪 涌 电流 , 若 不

27、接 , 则 模 块 不 应 正 常 工 作 实 振 , 其谐振频率 为换能器 固有频率 , 并在 电容 试端将 获得谐 振 后的高压 高频 所示 .以上整 个 过程 实 现 了从 一 一 再从 一 换能器 两际上,'应与温度保 险丝 相正弦波 , 见 图 右上 角 高频 一串接 而成 见 图 所 示 .外形 尺寸 长宽厚 为".,高压一大 功率的输 出 .上接 第利用页数 字 信 号 控 制器 作 为 主 要 控 制 芯【 崔岩 , 炳煌等 太 阳能光伏系统 蔡太 阳能学 报 ,控制算法的对 比研究一片 , 采用 改进 的控 制方 式 , 该 系统具 有很好 的动 态 响【应

28、 和跟踪 精度 , 具有 跟踪 光 伏 电池 阵列最 大功率 点 的功 能 , 提 高 了系统 的效率 , 充分 利 用 了能源 .刘和平 ,邓力等原理及 电机控 制应用第 版 琢州北京航 空航 天大学 出版社 ,参 考 文献作者简介 马 秀娟 一 , 女 , 黑 龙江 哈 尔滨 人 , 博 士 , 教授 ,杨海柱 ,金 新 民 基 于 跟踪 问题控 制的光伏并网逆变器最 大功率的,一太 阳能学 报 ,一主 要 从 事 电力 电子 和 光 伏 实 用 技术 的研 究工 作 . 吴佳 宇 一 , 男 , 黑 龙江 牡丹江 人 , 在 读 硕 士研 究【 陈兴峰 ,曹 志峰等 光伏发 电的最大功率

29、跟踪算法研究【 研 究与试验 , ,一生 , 主 要 从 事 高 频 开 关 电源 的 研 究 .上接 第页 异 , 主 要 还 是 要 看 设计 单 位对 整 体 系统 的规 划 和 设 计 . 轨道 交 通 的快 速 发展 无 疑缓 解 了城 市 交通 的压 力 , 促 进 发展 的 同时 也代表 了一 个城市 的形 象 .地 铁 作为 一 个大 规模 的公 共交通 工具 , 对 系统安全性 的要 求非常高 , 中达 电通 以,一 旦扇 可根 据 负载及 温度 进 行多段 调速 , 输人 电流谐 波小 , 减少 线缆 的损耗 , 减 少 输入 空开容量 等 , 从 细节 能 够更 好 的满

30、 足 客 户 的 省 电需 求 , 同 时 响应 国 家节能 降耗 的号 召 . 圈 具有标配紧急停机 功能标 准配 置 紧急 关机按 钮 , 可远 程 近 端控 制为用户打造一条稳 固的交直 流供 电系统为 宗 旨 , 凭借 多年 为各 行业提 供 一 体化 的动力 整合 方 案 , 在 电源行 业 为用户从 认 知到合 作再 到信 赖 已经 走过 年 的历 程 , 电源设 备 以质量 精有 紧急 事故 发生 , 可 以立 即切 断输人 ,输 出 ,电池 等开 关 , 使 完全 孤 立 出来 , 可 以减少 事故 特 别 是 因 电引 起 的火灾 进 一 步扩 大 .良为用户 所接受 .公司

31、有 多年 为地铁 行业 服务 的经验 , 凭借 动 力整 体 整合方 案 和 多项 目绿 色节 能 于一 身 的高 质量 电总结本文分析 的 内容 是 针对 地 铁通 信 系统 内的 电源 子 系统 . 通 信 系统 的 电源 子 系统 为地 铁 工程 中使 用 统 , 同 时还 有 其 它 系 统 也 有 系统 以及 数量 最 大 的系源 , 已经 为地 铁 行业 打 造 了多条 坚 固的供 电系统 , 其 中包括 上海地 铁 ,北 京 地 铁 ,南京地 铁 ,杭 州地 铁 ,沈 阳地 铁 ,成 都地 铁及 广 州地 铁等 多条 线路 .公 司也 会一 如 既往 的 不断提使 用 需 求 .

32、在 信 号 系 统 ,升设备质量 , 提升设 备技术水准 , 使产 品的技术走在世界前列 , 更 好 的服 务 于 用 户 . 系统 及 屏 蔽 门等 系 统 中都 有 不 同容 量 的 需 求 , 不 同城 市 的地 铁 工 程 电源 系 统 的应 用 都 有 所 差 电源 世 界 1 本文由伊休丫贡献 doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。 光伏电池最大功率跟踪算法的研究 1 引言 广告插播信息 维库最新热卖芯片： TDA7467D FDS7066ASN3 IRFI840G CY7C4255-15AC BCR185S FQPF12N60

33、 AD8052AR HV518PJ MAX6692MUA PI3B3245Q 传统的燃料能源正在一天天减少， 对环境造成的危害日益突出， 同时全球还 有 20 亿人 得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生 能 源，希望可再生能源 能够改变人类的能源结构， 维持长远的可持续发展。 太阳能 以其独有的优势而成为人们重视 的焦点， 越来越多的国家开始实行 “阳光计 划” 开发太阳能资源， ， 寻求经济发展的新动力。 因此， 研究并网逆变器的设 计有着广阔的前景和意义。限制光伏系统的主要因素有两点： 初期投资比较大； 太阳能光 伏电池的转换效率低。目前我们通常使用的光伏电池效率在

34、15%左 右， 即使世界上最先进技术的光伏电池在特殊的实验条件下也只能达到 40%， 此光 因 伏电池最 大功率跟踪就变得十分重要， 所以长期以来都是学术界研究的热 点。 2 光伏电池 阵列特性分析 2.1 光伏电池的数学模型 光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制作而成 的。 所谓光伏效应是指半导 体材料吸收光能，由光子激发出电子空穴对，经过分离而产 生电动势的现 象。 光伏电池的 I-V 特性随日照强度 S （W/） 和电池温度 t （） 而变化， 即 I=f （V,S,t） 。根据电子学理论，当负载为纯电阻时，光伏电池的实际 等效电路如 图 1 所示。 图 1 光伏电池等效电路 对应的 I

35、-V 函数如下： 反向饱和电流（对于光伏单元而言，其数量级为 10-4A） ，q-电子电荷 （1.6×10-19C） K-玻耳兹曼常数 ， （1.38×10- 23J/K） T-绝对温度 ， （T=t+273K） ， A-二极管品质 因子（当 T=330K 时，约为 2.80±0.152） ，Rs-串联电阻（为低阻 值，小于 1 ） ，Rsh并 联电阻（为高阻值，数量级为 K ）1。 2.2 光伏电池输出的最大功率点 图 2 光伏电池电压/电流曲线和电压/功率曲线 当光伏阵列输出电压比较小时，随着电 压的变化，输出电流变化很小，光伏 阵列类似为一个恒流源；当电压超

36、过一定的临界值继续 上升时，电流急剧下 降， 此时的光伏阵列类似为一个恒压源2。光伏阵列的输出功率则随 着输出电压的 升高有一个输出功率最大点。 最大功率跟踪器的作用是在温度和辐射强度都变 化的环境里，通过改变光伏阵列所带的等效负载，调节光伏阵列的工作点，使光 伏阵列工作 在输出功率最大点。 3 最大功率跟踪控制算法 目前，常用的最大功率跟踪方法有恒定电压 跟踪法、扰动观察法和电导增量 法。其中，电导增量法的跟踪准确性最高，在环境快速变化 的情况下具有良好的 跟踪性能， 因此被广泛采用。 电导增量法是通过比较光伏电池阵列的瞬 时导抗与 导抗变化量的方法来完成最大功率点的跟踪。 达到最大功率点的

37、条件， 即当输出电导的变化量等于输出电导的负值时， 伏电池阵列 光 工作于最大功率点。 在辐射强度和温度变化时， 光伏电池阵列的输出 电压能平稳追随环境的 变化，且输出电压波动小3。 电导增量法通过设定一些很小的变化阈值， 使光伏电池阵列 稳定在最大功率 点的邻域内，而不是围绕着最大功率点前后波动。当外界环境发生变化时， 从一 个稳态过渡到另外一个稳态时， 电导增量法根据电流的变化就能够做出正确的判 断， 而不会像扰动观察那样出现误判断。 图 3 电导增量法的控制流程图 图 3 中的 U （k） I 、 （k） 是检测到的光伏电池阵列 当前电压、 电流值， （k-1） U 、 I（k-1）是上一周期的电压、电流采样值。 光伏电池阵 列与 Boost 电路相接时，假设外部负载仍为纯电阻负载，并忽略 Boost 电路本身阻抗的情 况下，根据 Boost 电路的阻抗变换关 系，容易得出 Boost 电路的等效输入阻抗为 Req=(1 D2R。 D 为 Boost 电路的开关占空比，R 为电 阻性负载的阻抗。 图 4 Boost 电路的拓扑结构 对光伏电池阵列进行最大功率跟踪过程中， 工作电压的控制是通过 Boost 升压电路完成 的。当占空比 D 越大时，Boost 电路的输入阻抗就越小， 占空比 D 越小