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光伏逆变器的MPPT技术
信息科学与工程学院电气工程谭芹凤
学号:114611016
【摘要】:近年来全球光伏发电系统装机容量的上升幅度,与光伏发电系统在各国政府受重视程度相互促进,导致出现光伏发电技术热。光伏发电技术的转换效率决定于转换系统的工作点,最大功率点跟踪(MPPT)控制能够使工作点处于最优位置,改善转换效率。本文指出了MPPT控制的难点,并通过对MPPT技术的比较,阐释了目前各个方法的优缺点,为MPPT在光伏发电系统的进一步应用提供思路。
【关键词】:光伏逆变器;最大功率点跟踪;控制方法;问题;目标
一、研究背景和意义
1、光伏并网发电系统
近年来,由于资源和环境的问题,可再生能源技术广受各个国家的重视,在所有可再生能源中,太阳能作为一种新兴的绿色能源,以其储量丰富无污染分布范围广泛等优点,正得到迅速的发展该能源有效缓解了石化能源危机环境污染偏远地区的供电等问题,具有重大的现实意义
光伏并网发电系统是将太阳电池发出的直流电转化为和电网电压同频、同相的交流电,从而既能向负载供电,又能向电网输送电能的一个系统。
2、光伏发电系统的组成
太阳能电池方阵、储能装置、逆变装置、控制装置、连接装置
3、研究意义
光伏器件的输出功率是光伏器件所受日照强度、器件结温的非线性函数。即使在外部环境稳定的情况下,光伏器件的输出功率也会随着外部负载的变化而变化,只有当外部负载与光伏器件达到阻抗匹配时,光伏器件才会输出最大功率,此时我们称光伏器件工作在最大功率点(Maximum Power Point)MPPT。
光伏发电系统的效率为电池板的光电转换效率、MPPT效率和逆变器效率三部分乘积,尽管太阳能资源是无穷尽的,但由于太阳光辐射密度太低。导致太阳能电池的转换效率非常低。目前,大多数太阳能电池的转换效率仅为10%一20%左右。在此背景下,高效率且具有成本效益的逆变器成为评定太阳能发电系统优劣的关键指标。高效率MPPT技术对光伏发电系统的效率提高和成本降低有十分重要的意义。
二
西班牙、德国、美国、日本对本国光伏产业的政策扶持,光伏发电用逆变器进入了一个快速增长的阶段。欧洲式全球光伏市场的先驱,具备完善的光伏产业链,光伏逆变器技术处于世界领先地位。SMA是全球最早也是最大的光伏逆变器生产企业(德国市场占有率达50%以上),约占全球市场份额的三分之一,第二位是Fronius。全球前七位的生产企业占领了近70%的市场份额。
2
国内光伏并网逆变器市场规模较小,生产逆变器的厂商众多,但专门用于光伏发电系统的逆变器制造商并不多,在逆变器技术质量、规模上与国外企业仍具有较大差距。目前具有较大规模的厂商有合肥阳光、北京科诺伟业、北京索英、志诚冠军、南京冠亚、上海英伟力新能源科技有限公司等企业。目前这些企业用于光伏系统的产量呈逐年上升的趋势。
三、研究内容和拟采用方法
1、MPPT技术对比
在光伏发电系统的效率计算中光伏转换效率比重很大,如果不妥善解决,会导致整体效率下降转换效率决定于转换系统的工作点,最大功率点跟踪(MPPT)控制能够使工作点处于最优位置,改善转换效率,减少发电成本,是目前应用比较成熟的技术。一个比较好的MPPT控制要做到5点:快速、高效、独立、准确、低价。这些特点可以用来对当前使用的MPPT的几种算法进行评价,如表1所示。
MPPT技术
光伏阵列相关性
是否实际最大功率点跟踪
模拟还是数字
是否周期
调整
追踪速度
构架复杂度
检测参数
扰动观察法
不相关
是
都有
无需
变化
低
电压、电流
增量电导法
不相关
是
数字
无需
变化
中等
电压、电流
固定电压法
相关
不是
都有
需要
中等
低
电压
固定电流法
相关
不是
都有
需要
中等
中等
电流
模糊控制
相关
是
数字
需要
快速
高
变化
神经网络
相关
是
数字
需要
快速
高
变化
纹波关联控制
不相关
是
模拟
无需
快速
低
电压、电流
电流扫描法
不相关
是
模拟
无需
快速
低
电压、电流
直流母线电容电压升降控制法
不相关
不是
都有
无需
中等
低
电压
负载电流或电压最大化控制
不相关
不是
模拟
无需
快速
低
电压、电流
P—V、P—I曲线斜率反馈控制
不相关
是
数字
无需
快速
中等
电压、电流
阵列可重构
相关
不是
数字
需要
慢
高
电压、电流
线性电流控制
相关
不是
数字
需要
快速
中等
照度
最大功率点电流与电压计