光伏发电系统中最大功率点跟踪策略的研究与应用

光伏发电系统中最大功率点跟踪策略的研究与应用

黄云峰

中国电建集团江西省电力建设有限公司  江西省南昌市  邮编330000

摘要：太阳能作为与民众生活息息相关的可再生能源，近年来获得了我国政府的广泛推崇与扶持。在光伏发电系统中，最大功率点跟踪（MPPT）技术无疑是提升发电效率最直接、最有效的手段。为了充分发挥太阳能电池的输出潜能，必须实时监控其功率输出，并依据实际情况灵活调整光伏阵列的工作状态，确保其稳定工作在最大功率点附近，从而实现高效的最大功率点跟踪。

关键词：光伏发电系统；最大功率点跟踪策略；研究与应用

1 光伏发电系统中最大功率点跟踪概述

光伏发电系统中的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）是一种技术，其目标是在实时调整光伏阵列的工作点，使其始终工作在最大功率点附近，从而提高系统的整体效率。光伏电池的输出功率受到多种因素的影响，包括光照强度、温度、负载电阻等。由于这些因素的变化，光伏电池的工作电压和工作电流也会发生变化，从而影响其输出功率。最大功率点跟踪技术通过实时追踪光伏电池组的工作状态，调整工作点，使得光伏电池始终工作在最大功率点附近，从而充分利用光伏阵列转换的能量，提高电池转换效率。因此，最大功率点跟踪是太阳能光伏发电系统研究的重要方向，对于提高系统的发电效率和稳定性具有重要意义。

2 光伏发电系统中最大功率点跟踪的作用

光伏发电系统中的最大功率点跟踪的主要作用是实时调整光伏电池的工作状态，使其始终工作在最大功率点，从而最大化地提高光伏电池的光电转换效率，增加系统发电量。光伏电池的P-U输出特性曲线会随着外部环境的变化（如光照强度或温度）而发生变化，最大功率点的位置也会发生偏移，导致最大输出功率和工作点电压的改变。因此，MPPT技术的主要目标是实时跟踪光伏电池的最大功率点，通过调整光伏电池的工作电压或工作电流，使其始终工作在最大功率点，从而提高系统的光电转换效率。在实际应用中，MPPT技术需要通过控制方法实现对负载阻抗的实时调节，使其跟踪光伏电池的输出阻抗。当光伏电池的输出阻抗和负载阻抗相等时，光伏电池能够输出最大功率。因此，MPPT过程实际上就是使光伏电池输出阻抗相匹配的过程。总的来说，最大功率点跟踪技术对于提高光伏发电系统的发电效率和经济效益具有重要意义。

3 光伏发电系统中最大功率点跟踪策略

3.1 恒定电压法

恒定电压法（Constant Voltage Tracking，CVT）是一种在光伏发电系统中常用的最大功率点跟踪（MPPT）策略。这种方法的核心思想是基于光伏电池的一个基本特性，即在一定的温度条件下，光伏电池的最大功率点（MPP）的电压几乎是一个常数。因此，CVT策略通过维持光伏电池的输出电压在这个特定的常数值，实现对MPP的追踪，从而最大化光伏系统的能量输出。CVT策略的优点在于其实现简单，不需要复杂的算法或高精度的硬件支持，因此在一些成本敏感或技术条件有限的场合非常适用。此外，由于它仅依赖于光伏电池的电压信息，因此在一些光照强度变化不大、温度相对稳定的环境中，CVT策略能够实现较为稳定的最大功率点跟踪。然而，CVT策略的缺点也是显而易见的。首先，由于它仅通过电压来预测最大功率点，因此在光照强度快速变化或温度波动较大的环境中，CVT策略的跟踪效果可能会受到严重影响。这是因为MPP的电压值会随着光照强度和温度的变化而变化，而CVT策略无法实时调整其输出电压值以适应这些变化。其次，CVT策略还假设光伏电池的特性在长时间内保持不变，但在实际应用中，光伏电池的老化、污垢积累等因素都可能导致其特性发生变化，从而影响CVT策略的跟踪效果。尽管如此，CVT策略仍然在一些特定的应用场合中发挥着重要作用。例如，在一些光照强度稳定、温度变化小的地区，CVT策略可以实现较为可靠的最大功率点跟踪。

3.2 扰动观察法

扰动观察法（Perturb and Observe，P&O）是一种常用于最大功率点（MPP）追踪的技术，广泛应用于光伏（PV）系统中。MPP追踪是光伏系统中的一个重要环节，它旨在实时调整光伏电池的工作点，以使其输出功率最大化。在多变的环境条件下，如光照强度、温度和阴影遮挡等，MPP会不断发生变化，因此MPP追踪技术对于提高光伏系统的效率至关重要。P&O策略的核心思想是通过不断地对光伏电池的输出电压或电流进行微小的扰动，并观察功率的变化来确定最大功率点（MPP）。具体来说，如果在对光伏电池进行扰动后，其输出功率增加，那么系统会继续以相同的方向进行扰动；反之，如果功率减小，系统则会改变扰动的方向。通过这种方式，P&O策略能够逐步逼近MPP，从而实现最大功率输出。P&O策略的优点在于其简单易行和对环境变化具有一定的适应性。这种方法不需要复杂的数学模型或高精度的传感器，因此在实际应用中具有较高的可行性和可靠性。此外，由于P&O策略是通过不断扰动和观察来逼近MPP的，因此它能够在一定程度上适应光照、温度等环境因素的变化，确保光伏系统在各种条件下都能保持较高的输出功率。然而，P&O策略也存在一些局限性。首先，其跟踪速度和精度可能受到扰动步长的影响。如果扰动步长过大，可能会导致系统无法精确地追踪到MPP，从而影响光伏系统的输出效率；如果扰动步长过小，虽然可以提高追踪精度，但可能会降低跟踪速度，使系统无法及时响应环境变化。其次，P&O策略对于某些特殊情况的处理能力有限，如在阴影遮挡下可能会出现多个MPP的情况，这时P&O策略可能会陷入局部最优解，而无法找到全局的MPP。

3.3 电导增量法

电导增量法（Incremental Conductance Method，简称IncCond）是一种在光伏系统最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）中广泛应用的方法。该方法基于光伏电池瞬时电导与其最大功率点（MPP）之间的特定关系，通过实时监测光伏电池的电导变化，以寻求并保持在MPP状态，从而实现光伏系统输出功率的最大化。光伏电池是一种能将光能转化为电能的半导体器件。当光伏电池受到阳光照射时，其内部会产生光生电流和光生电压。光伏电池的输出功率与其工作电压和工作电流有关，而MPP就是光伏电池能输出最大功率的工作点。那么，电导增量法是如何利用光伏电池的瞬时电导来跟踪MPP的呢？简单来说，电导增量法通过比较光伏电池的瞬时电导与其电导的增量来判断是否达到了MPP。当光伏电池的瞬时电导等于其电导的增量时，即认为光伏电池已经到达了MPP。此时，光伏系统会保持当前的工作状态，以获取最大的输出功率。IncCond策略的优点在于其跟踪精度高，能够较为准确地找到MPP，从而使光伏系统的输出功率达到最大化。此外，该策略还具有一定的环境适应性，能够在光照强度、温度等环境因素变化时，依然保持较高的跟踪精度。

4 结束语

在社会不断发展和进步的浪潮中，清洁能源的应用得到了广泛的推广与实施。在清洁能源中，光伏发电系统占据了重要的地位。其中的功率控制和跟踪技术应用，可以精确地反映出光伏发电系统的实时功率状况以及存在的问题。这种技术的应用使我们能够根据具体的情况，对光伏发电系统进行针对性的调整与优化，从而推动光伏发电技术的持续创新与发展。

参考文献：

[1]侯琴静.光伏发电系统中最大功率点跟踪控制策略研究[J].设备管理与维修,2022,(21):131-133.

[2]李帆.光伏发电系统最大功率点跟踪策略的研究[D].西安科技大学,2022.

[3]杨标.光伏发电系统最大功率点跟踪控制策略研究[D].湖南工业大学,2021.