1、光伏发电系统及其最大功率点跟踪控制方法比较概要第卷第期年月广东电力、豫光伏发电系统及其最大功率点跟踪控制方法比较曹祖亮，王斌，王帅（三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌；武汉科技大学信息学院，湖北武汉）摘要：阐述光伏发电的基本原理和特性，并构建其数学模型；分析最大功率点跟踪（，）的原理，对不同的控制方法进行评价和比较，根据几种常用方法需要改进的地方，提出并介绍自寻优方法即模糊控制和算法。关键词：光伏发电；最大功率点跟踪；模糊控制；算法中图分类号：文献标志码：文章编号：（），；，）（，：（）（），：（）；（）；随着资源的日益减少和环境的日趋恶劣，人们逐渐认识到在利用能源发展经济，满足自身需要的同时
2、，不能以消耗自然资源和恶化环境为代价。为此，世界各国大力支持和推广利用可再生资源。可再生资源具有以下优点：能源密度较低且高度分散；资源丰富，可以再生；清洁干净，使用中几乎没有损害生态环境的污染物排放；太阳能、风能、潮汐能等资源具有间歇性和随机性。但作为新兴能源，可再生资源开发利用的技术难度大。可再生资源包括常规化石能源和大中型水力发电及核裂变发电之外的生物质能、太阳能、风能、小水电、地热能、海洋能等一次能源，以及氢能、燃料电池等二次能源，其中，太阳辐射能以其无污染、无损害、幅员广阔、取之不尽、廉价等优点最具使用价值。许多国家都加大了对太阳能光伏发电技术的研究，并制定了相关的政策鼓励太阳能产业的
3、发展，光伏发电产业成为当今发展最迅速的高新技术产业之一。在我国，虽然太阳能光伏发电起步较晚，但发展迅速。截至年底，我国光伏发电系统累计装机容量达到；年，在深圳建成了亚洲最大的并网太阳能光伏电站，总容量达，年发电能力约；年以后，我国光伏发电产业的年增长率超过。太阳能光伏发电的概念、原理及特性原理及特性太阳能发电是指无须通过热转换过程直接将太阳光能转化成电能的发电方式，包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能电池这种半导体电子器件有效地吸收太收稿日期：阳光辐射能，并将其转化为电能的直接方式，是当万方数据第期曹祖亮，等：光伏发电系统及其最大功率点跟踪控制方法比较今太阳能
4、发电的主流方式。太阳能光伏发电系统的发电原理为：利用太阳能电池的光生伏打效应，光被晶体硅吸收后，在结区域中产生一对对正、负电荷，正、负电荷被分离，产生个外电流场，电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的负端，将太阳光辐射能直接转化成电能。一套基本的光伏发电系统一般由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成。太阳能光伏发电系统的等效电路如图所示。，一与日照强度成正比例的光生电流；，一流过二极管的电流；结等效电阻；一光伏电池串联电阻；一负载电阻。图太阳能光伏发电系统等效电路太阳能光伏发电系统的特性：知“耐亟半犏譬幽一，）一垡堡。式中：，（为二极管反向饱和电流：为电子电荷；为玻尔兹曼常
5、数；为绝对温度；为结理想因子。太阳能光伏发电最大功率点跟踪太阳能电池板是一种非线性电源，其输出特性受光照强度、环境温度和负载情况的影响。在一定的光照强度和环境温度下，太阳能电池板可以以不同的输出电压进行作，但只有达到某一输出电压值时，其输出功率才能达到最大值，即输出功率一电压曲线的最高点，称为最大功率点。由于最大功率点随着光照强度与温度的变化而变化，因此要提高光伏发电系统的整体效率，其关键就是实时调整光伏电池的工作点，使之始终保持在最大功率点附近，这一过程即为最大功率点跟踪（，）。常见的几种控制算法目前，研究最广且应用较普遍的控制万方数据算法主要有同定电压法、扰动观察法和增加电导法。这几类算法
6、不需要直接检测外界环境因素的变化，而是根据直接测量到的光伏阵列的电压和电流等信息进行最大功率跟踪。固定电压法固定电压法的工作原理如图所示。售邑答枷鬃图光伏电池光伏阵列工作点图中：一为最大功率点，、和表示最大功率输出点，、和为相应光照强度下直接匹配时的工作点。由图可知：忽略温度效应时，光伏阵列在不同光照强度下的最大功率输出点总是近似在某一恒定的电压值。附近。假如曲线为负载特性曲线，如果采用直接匹配，其阵列的输出功率较小。为了弥补阻抗失配带来的功率损失，可以采用固定电压法，在光伏阵列和负载之间通过一定的阻抗变换，使系统实现稳压器的功能，使阵列的作点始终稳定在【，。附近，这样不但简化了整个控制系统，
7、还可以保证输出功率接近最大值。在一定条件下，固定电压法不但可以得到比直接匹配更高的功率输出，还可以用来作为控制。扰动观察法扰动观察法是通过不断调节光伏器件盯电路的作状态来比较电路调整前后光伏器件输出功率和输出电压的变化情况，再根据变化情况来调整电路的工作，使光伏器件工作在最大功率点附近，其控制原理如图所示。光伏发电系统控制器在每个控制周期用较小的、一定的步长改变光伏阵列的输出，步长方向可以改变，控制对象可以是光伏阵列输出电压或电流，这一过程称为干扰。然后，比较干扰周期前后光伏阵列的输出功率，若：，说明参考电压调整的方向正确，可以继续按原来的方向进行干广东电力第卷图扰动观察法示意图当给定的参考电
8、压增大时，若也增大，则工作点位于如图中的最大功率点点左侧，需继续增大参考电压；若减小，则作点位于小时，若也减小，则工作点位于点左侧，点右侧，需继续减小参考电压。这样，光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近最大功率点，最终在其附近的一个较小范围内往复达到稳态。增加电导法增加电导法通过比较光伏阵列的瞬时电导和电导变化量来实现最大功率跟踪。根据太阳能曲线可得：在最大功率点处的斜率为零，即业：，盟：盟：一利用光伏方阵输出端的动态电导值，与此时的静态电导的负数，【，相比较，当输出电导的变化量等于输出电导的负值时，光伏阵列丁作在最大功率点，电导增量法通过设定一些很小的变化阈值，判断目前工作点在最大功率点的哪一侧
9、，然后改变逆变器输出功率，使太阳能光伏阵列最后稳定在最大功率点附近的某个点，而不是来回跳动。种算法比较种算法的比较见表。其他控制方法模糊控制基于模糊逻辑或模糊推理系统的控制算法被称为模糊控制，它是一种人工智能控制方法，其实现分个步骤，即模糊化、控制规则评价和解模糊。万方数据表种控制算法的比较模糊控制器的输入通常为误差和误差变化量，因为在最大功率点处，因此在光伏发电系统中其输入变量和可以分别用以下个公式表示：咖，器等粼，（，）（）一（一）由此可知，光伏阵列工作在最大功率点时，误差量（）为。为了满足计算的精度要求，输入变量的模糊子集数量可以灵活选择。由于最终需要的是一个精确的控制量，最后需要通过隶
10、属函数将模糊输出变换为精确输出，即解模糊的过程。算法根据算法的搜索原理，将搜索算法应用在光伏阵列控制中。其中变量工为光伏电池的电压或电流，或者是功率转换器的占空比；将作为算法的变量，输出功率作为函数，通过重复限制转移范围使最大点在搜索范围内。若，（）厂（），搜索范围右移；若厂（工；）（），搜索范围左移。通过使搜索范围越来越小的方式来确定最大功率点。如果由于阳光辐射突变，使最大功率点转移到搜索扰；若，则说明参考电压调整的方向错误，需要改变干扰的方向。点右侧，需要减小参考电压。当给定的参考电压减需增大参考电压；若增大，则工作点位于第期曹祖亮，等：光伏发电系统及其最大功率点跟踪控制方法比较社，范围之
11、外，则将搜索范围向同一方向转移。这种方法实现的寻优控制具有函数简单、搜索范围宽、处理速度快等优点，该方法通过扩大搜索范围，在绝大多数情况下都可以跟踪到系统的实际最大功率点。【：，杜慧太阳能光伏发电控制系统的研究保定：华北电力大学，结束语本文介绍了太阳能光伏发电系统的等效电路模型，并分析最大功率跟踪问题，为使太阳能光伏阵列输出功率最大化，比较几种常规方法，归纳总结常规方法的优缺点和需要改进的地方，并且根据几种常用方法需要改进的地方，介绍了自寻优方法即模糊控制和算法。参考文献：张超光伏并网发电系统及孤岛检测新技术的研究杭州：浙江大学，【】：，陈进美，陈峦光伏发电最大功率点跟踪方法的研究科学技术与工
12、程，（）：（一。“【川。（），（）：王夏楠独立光伏发电系统及其的研究南京：南京航空航天大学，【】：，杨飞基于的光伏并网发电系统的研究无锡：江南大学。】：，【】：王岩光伏发电系统控制方法的研究保定：华北电力大学，（一【作者简介：曹祖亮（一）。女湖北十堰人。在读硕士研究生。从事电力系统及其自动化研究。：，冯垛生太阳能发电原理与应用北京：人民邮电出版广州智能电网建设与装备制造业发展论坛在广州召开由广东省机械行业协会、广东省电力行业协会、广东英泰展览有限公司联合发起并举办的“广州智能电网建设与装备制造业发展论坛”于年月日在广州锦汉展览中心召开，该论坛的举办得到广东省经济和信息化委员会、中国南方电网有限
13、责任公司生产技术部的指导，同时也得到中国电器工业协会、中国电力科学研究院、中国联合网络通信有限公司广东分公司、西门子（中国）公司、深圳南瑞科技有限公司等单位的支持。来自中国电力科学研究院、中国南方电网有限责任公司、广东省电力设计研究院、中国联合网络通信有限公司、西门子（中国）公司、深圳南瑞科技有限公司、北京双杰电气股份有限公司、江苏亨通电力电缆有限公司的专家，分别就加快坚强智能电网建设、推进低碳发展，南方电网发展智能电网的重点研究领域。物联网技术与智能电网，联通为智能电网建设注入新动力，（本刊编辑部整理）国际智能电网发展现状与趋势，智能变电站应用技术，智能型、安全型、环保型、固体环网柜应用，光纤复合缆在智能电网中的应用等新理念和新技术进行了演讲和交流。 万方数据
