孙方杰
（[北京] 大唐国际股份有限公司高井热电厂 100041）
摘要：大面积光伏阵列在遮挡情况下，功率-电压曲线会出现多峰值现象，而传统最大功率点跟踪( Maximum Power Point Tracking，MPPT) 算法难以实现此种情况下的最大功率输出。本文建立了光伏阵列的数学模型，通过仿真，验证了大面积复杂光照环境下光伏阵列的多峰值现象，基于此，提出一种改进的全局扫描法，以实现快速、准确地搜寻到复杂光照环境下光伏阵列的最大输出功率。仿真结果表明，该算法是有效可行的。
关键词：大面积光伏阵列；多峰值；最大功率点跟踪； 全局扫描法
引言
太阳能光伏发电作为全球能源危机和环境问题的解决方案之一，得到了迅速的推广和应用[1]。目前，国内外学者为了解决这一问题，提出了在传统光照下的最大功率点跟踪(MPPT)技术[2-4]，例如，扰动观测法（P&O）[2-3]、电导增量法（INC）[4]等。然而大面积复杂光照光伏阵列中，由于含有的光伏组件种类繁多，光伏阵列占地面积较大，经常会由于组件的“不匹配”而造成大面积光伏阵列呈现出与单个光伏电池或者小面积光伏阵列不一样的输出特性。大面积光伏阵列的不匹配主要包含下面两个基本情况：一是不同种类的光伏组件的混合使用，二是相同种类的光伏组件但不同光伏组件所受的光照强度或温度不一致。无论是哪种情况，都可以看成是一些输出特性不一致的光伏组件的串并联组合。大面积光伏阵列的独特的特性使得光伏阵列的应用效率受光伏阵列的布局影响很大，而且某些在小面积光伏阵列中适合的控制策略在大面积光伏阵列中会出现一定的问题。从而影响了光伏发电系统的转化效率，限制了光伏发电技术的普及。
为解决该问题，本文建立了光伏阵列的数学模型，并根据数学模型完成在遮挡状况下伏安阵列数学推导，并对所出现的多峰值现象进行了数学推导，最后使用全局扫描法(POC)完成了在遮挡状况下的最大功率点跟踪(MPPT)。
对复杂光照环境下光伏阵列中，应用该模型可以对大面积光伏阵列独特的输出特性进行分析，进而为大面积光伏阵列的布局优化和高效控制提出指导。
光伏阵列数学模型
1.1 串联光伏组件输出特性的理论推导
图13光伏阵列的t-I、t-Upv、t-Uref 输出特性
图中可以看出，从0s到0.05s MPPT不工作，电流给直流母线电容充电。0.05s ，MPPT开始工作，电压给定Uref=0.76Uoc= 580V。0.05s 到0.07s，实际电压Upv跟踪给定电压Uref。0.07s到0.26s 采用扰动观察法，Upv准确的跟踪到Uref，使Upv 取到局部功率最大点MPP1。0.26s，给定电压Uref=400V。从0.26s到0.28s ，输出电压Upv跟踪给定电压Uref。0.28s到0.55s，采用扰动观察法，使 Upv精确到达MPP2点。0.55s到0.60s，给定电压Uref=450V。0.60s到0.90s，Upv对Uref进行跟踪，得到局部功率最大点MPP2， 0.90 s到0.93s，给定电压Uref=570V ，Upv对Uref进行跟踪直到Uref=Umpp3，得到局部功率最大点MPP3，扫描剩下的电压，完成全局扫描。对Pmpp1，Pmpp2，Pmpp3比较，可知Pmpp1<Pmpp2<Pmpp3，则系统中的最大功率点为Pmpp3。
从图中的电压曲线、功率曲线和电流曲线可以看出, 该系统采用全局扫描法,实现了在复杂光照下对光伏电池最大功率点的准确跟踪。
结论
本文以大面积光伏阵列作为研究对象，在光伏组件电流方程以及电路分析的基础上，针对复杂光照环境下大面积光伏阵列的输出特性展开理论推导，并结合仿真曲线对功率峰值点及其存在的电压区间、功率峰值点电压与光照强度分布的联系等问题进行了分析，并给出了可能存在的功率峰值点电压近似值的计算方法。最后，通过系统仿真对章中所提结论给予验证，为复杂光照环境下大面积光伏阵列的最大功率点跟踪算法的研究提供了参考。
参考文献
[1]张兴，曹仁贤等.太阳能光伏并网发电及其逆变控制.
[2]赵宏，潘俊民.基于Boost 电路的光伏电池最大功率点跟踪系统.电力电子技术，2004，38（3）.
[3]陈兴峰,曹志峰等.光伏发电的最大功率跟踪算法研究[J] .研究与试验,2005, l(119 ):8-11.
论文作者:孙方杰
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/18
标签：光伏论文; 阵列论文; 大面积论文; 电压论文; 峰值论文; 功率论文; 组件论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;