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3．1．3 電導(dǎo)增量法

電導(dǎo)增量法是目前MPPT最常用算法之一，它是根據(jù)光伏電池陣列P －U曲線為一條一階連續(xù)可導(dǎo)的單峰曲線（如圖1），利用一階導(dǎo)數(shù)求極值的方法，對(duì)P ＝UI求全導(dǎo)數(shù)，得

如果當(dāng)前的光伏電池陣列的工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)的左側(cè)時(shí)，此時(shí)有：

同理，如果當(dāng)前的光伏電池陣列的工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)的右側(cè)時(shí)，此時(shí)有：

如果當(dāng)前光伏陣列的工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)處或附近，此時(shí)將有：

在理論上電導(dǎo)增量法法比干擾觀察法要好，因?yàn)樗�在下一時(shí)刻的變化方向完全取決于在該時(shí)刻的電導(dǎo)G＝I／U的變化率和瞬時(shí)負(fù)電導(dǎo)值的大小關(guān)系，而與前一時(shí)刻的工作點(diǎn)電壓以及功率的大小無關(guān)，因而此法能夠適應(yīng)快速變化的日照強(qiáng)度，而且跟蹤精度較高。

MPPT算法需要比較多的硬件傳感器或者說是電壓和電流傳感器，傳感器越多，成本越高，所以目前較多用的還是擾動(dòng)觀測法。

3．2 多峰值MPPT算法

普通的最大功率跟蹤算法，如擾動(dòng)觀測發(fā)和電導(dǎo)增量法在一片云彩的遮擋下就有可能失效，不能實(shí)現(xiàn)真正意義的最大功率跟蹤。目前，國際上也有人提出了多峰值的MPPT算法。

3．2．1 結(jié)合常規(guī)算法的復(fù)合MPPT算法

結(jié)合常規(guī)算法的復(fù)合 MPPT 算法工作原理，首先把光伏陣列的工作點(diǎn)設(shè)定在最大功率點(diǎn)的附近，再利用普通的算法進(jìn)行精確定位也就是分兩級(jí)控制在工作電壓和電流的最佳比值點(diǎn)上光伏陣列輸出最大功率。光伏陣列的工作最大功率點(diǎn)與開路電壓和短路電流具有一定的比例關(guān)系。系統(tǒng)經(jīng)過第一步控制后，得到一個(gè)參考值。在第一步控制期間，保存系統(tǒng)實(shí)最大功率點(diǎn)的數(shù)據(jù)。后級(jí)采用擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)最終定位，但前面得到的最大功率點(diǎn)有可能落到局部極值點(diǎn)的范圍。此時(shí)比較第一步控制保存數(shù)據(jù)的大小，確定該功率點(diǎn)是否為全局的最大功率點(diǎn)。該方法易于實(shí)現(xiàn)和搜索速度很快，但也有存在缺點(diǎn)如在搜索局部峰值點(diǎn)時(shí)，在峰值點(diǎn)處會(huì)有震蕩；控制參數(shù)設(shè)置沒有可靠的理論基礎(chǔ)。

3．2．2 Fibonacci法

Fibonacci 搜索法基于斐波那契序列原理。斐波那契數(shù)列，又稱黃金分割數(shù)列，在數(shù)學(xué)上，斐波那契數(shù)列以如下被以遞歸的方法定義即前兩相和等于第三項(xiàng)的值，在現(xiàn)代天體物理、晶體結(jié)構(gòu)、電子學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域，斐波那契數(shù)列都有直接的應(yīng)用。

3．2．3 短路電流脈沖法

短路電路脈沖法的基本原理是在光伏陣列輸出最大功率時(shí)，其輸出電流和短路電流 的具有固定的比例關(guān)系受光照強(qiáng)度影響的短路電流，變化的系數(shù) k，其隨環(huán)境條件變化而變化。每隔一段時(shí)間引入一個(gè)周期的短路電流脈沖， 加在功率管 MOSFET 的柵極的斜坡信號(hào)持續(xù)時(shí)間長短，這樣就可以確定短路電流。在此期間，掃描光伏陣列的 P－I 特性曲線，最大功率點(diǎn)將被檢測出來，同時(shí)采樣記錄相對(duì)應(yīng)的電流。掃描一個(gè)周期結(jié)束后，功率開關(guān)管 MOSFET 徹底導(dǎo)通，采樣短路電流，然后可以得到的比例系數(shù)的 K 值。該方法實(shí)現(xiàn)容易，工程實(shí)用性比較好，但為了獲取 P－I 曲線和 短路電流，要引入期性短路電路脈沖，這不利于系統(tǒng)的控制而且對(duì)后級(jí)控制而言相當(dāng)于引入一種電流沖擊擾動(dòng)。

4．DC／DC電路

DC／DC電路是一個(gè)非常有用的電路，他可以隨意的調(diào)節(jié)電路的電壓和電流。也叫直流斬波器。它能將一種幅值的直流電壓變換成另一幅值固定或大小可調(diào)的直流電壓。它的基本原理是通過對(duì)IGBT／MOS管的通斷控制，將直流電壓斷續(xù)地加到負(fù)載上，通過改變占空比D來改變輸出電壓的平均值。由下圖可見，MPPT算法就是通過電壓的調(diào)節(jié)，來找到最大功率點(diǎn)的。

4．1 典型DC／DC變換電路

DC／DC變換器可以分為很多種，按照調(diào)制形式可分為脈沖寬度調(diào)制（PWM）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）、混合調(diào)制。按照變換電路的功能可分為降壓式直流－直流變換（Buck Converter）、升壓式直流－直流變換器（Boost Converter）、升壓－降壓復(fù)合型直流－直流變換器（Boost－Buck Converter）、庫克直流－直流變換（Cuk Converter）、全橋式直流－直流變換（Full Bridge Converter）。

在MPPT中，一般使用boost升壓式直流－直流變換器。

目前三電平組串式逆變器，啟動(dòng)電壓一般只要180－200V，而200v左右的直流電壓是無法逆變器出380v交流電壓的，所以三電平的組串逆變器，都會(huì)有一個(gè)DC／DC環(huán)節(jié)進(jìn)行升壓。而目前傳統(tǒng)的500KW逆變器則沒有這個(gè)升壓環(huán)節(jié)。

每一臺(tái)500Kw集中式逆變器會(huì)并聯(lián)112－128串電池組串，每個(gè)組串會(huì)由18－20塊電池組件串聯(lián)。由于組件之間的個(gè)體差異造成組串之間的電壓和電流的差異，又因?yàn)椴⒙?lián)的組串?dāng)?shù)量過多，這就造成了不同大小電壓的耦合，降低了整個(gè)光伏陣列的效率。組串式逆變器有2－3個(gè)MPPT，這樣可以把由于遮擋或者組件個(gè)差異造成的電壓差異解耦（圖8）。這樣就做到了被遮擋組件和正常工作組件的互不影響，功率得到充分的利用。

4．2 升壓式變換器（Boost）

升壓變換器是輸出電壓Vo高于輸入電壓Vin的單管不隔離直流變換器，所用電力電子器件及元件和Buck變換器的相同，僅電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，如圖9所示。

在輸入側(cè)，一般稱為升壓電感。開關(guān)管Q仍為PWM控制方式，但它的最大占空比D必須限制，不允許在D＝1情況下工作。

從上圖可以看出，在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源給儲(chǔ)能電感充電，上電流逐漸增大，當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)電感放電，上電流逐漸減小。電容起濾波作用，使負(fù)載上的電壓波紋減小。下圖3．10顯示了電感上電流的變換波形和電壓波形。

5．展望

目前業(yè)內(nèi)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了逆變器多MPPT通道的重要性，多MPPT的組串逆變器，集散式逆變器。已經(jīng)被廣泛的認(rèn)可。這就要求更加精確的MPPT算法得以推廣。對(duì)于這種情況有很多業(yè)內(nèi)人事提出逆變器應(yīng)該使用多峰值 MPPT 算法，例如短路電流脈沖法等等。

Fibonacci、基于狀態(tài)空間的 MPPT 算法以及基于電壓掃描和電導(dǎo)增量法多峰 MPPT算法。這些算法都能實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，但是也各有有缺點(diǎn)。短路電流脈沖法的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是需引入周期性短路電流脈沖，因而會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制性能產(chǎn)生一定的影響；Fibonacci 算法的優(yōu)點(diǎn)是精度高，適應(yīng)環(huán)境突變的能力較強(qiáng)，缺點(diǎn)是搜索速度較慢；基于狀態(tài)空間的 MPPT 算法的優(yōu)點(diǎn)是魯棒性好，陰影條件下仍具有較好的跟蹤性能，其缺點(diǎn)是算法過于復(fù)雜；基于電壓掃描和電導(dǎo)增量法多峰 MPPT 算法具有搜索速度快的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是魯棒性差。在未來最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)將朝著效率高、算法簡單、響應(yīng)速度快、魯棒性好等的方向發(fā)展。

作者：張喆