【導讀】在光伏發(fā)電系統中，如何提高系統的整體效率，一個(gè)重要的途徑就是實(shí)時(shí)調整光伏電池的工作點(diǎn)，使之始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這一過(guò)程就稱(chēng)之為最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking, MPPT)。
一、MPPT基本原理
理論上講，只要將光伏電池與負載完全匹配、直接耦合（如負載為被充電的蓄電池），負載的伏安特性曲線(xiàn)與最大功率點(diǎn)軌跡曲線(xiàn)即可重合或漸進(jìn)重合，使光伏電池處于高效輸出狀態(tài)。但在日常應用中，很難滿(mǎn)足負載與光伏電池的直接耦合條件。因此，要提高光伏發(fā)電系統的整體效率，一個(gè)重要的途徑就是實(shí)時(shí)變更系統負載特性，即調整光伏電池的工作點(diǎn)，使之能在不同的日照和溫度下始終讓光伏電池工作在最大功率點(diǎn)附近，這一跟蹤過(guò)程就稱(chēng)為最大功率點(diǎn)跟蹤，如圖 1所示為MPPT基本原理圖。
圖1.MPPT原理圖
最大功率點(diǎn)A1→最大功率點(diǎn)B1（條件：將系統負載特性由負載1改為負載2）
最大功率點(diǎn)B1→最大功率點(diǎn)A1（條件：將系統負載特性將負載2改回至負載1）
由此可見(jiàn)，光伏發(fā)電系統中的MPPT控制策略，就是先根據實(shí)時(shí)檢測光伏電池的輸出功率，再經(jīng)過(guò)一定的控制算法預測當前工況下光伏電池可能的最大功率輸出點(diǎn)，最后通過(guò)改變當前的阻抗或電壓、電流等電量等方式來(lái)滿(mǎn)足最大功率輸出的要求。
這樣，不論是因外部光照強度變化，還是因內部光伏電池的結溫變化使得光伏電池的輸出功率減少，系統始終可以自動(dòng)運行于當前工況下的最佳工作狀態(tài)，達到最大功率輸出，從而可提高整個(gè)光伏發(fā)電系統轉換效率。
二、最大功率點(diǎn)的影響因素
在一定的光照強度和環(huán)境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時(shí)，光伏電池的輸出功率才能達到最大值，這時(shí)光伏電池的工作點(diǎn)就達到了輸出功率電壓曲線(xiàn)的最高點(diǎn)，稱(chēng)之為最大功率點(diǎn)。如圖2所示為MPPT受光照影響圖、圖 3所示為MPPT受溫度影響圖
圖2.MPPT受光照影響
圖3.MPPT受溫度影響
如圖所示可見(jiàn)光照強度和溫度下降都會(huì )導致光伏電池的最大功率點(diǎn)下移
三、MPPT技術(shù)在應用中存在的問(wèn)題
誤跟蹤現象
大多數MPPT算法僅采集光伏電池的電壓和電流，并基于擾動(dòng)觀(guān)察的思想進(jìn)行跟蹤，但是無(wú)從得知光伏電池輸出功率的變化是由擾動(dòng)還是由外界環(huán)境的變化而引起的，所以當環(huán)境變化較快時(shí)，容易發(fā)生誤跟蹤現象。解決方案主要有以下幾類(lèi)：
① 根據環(huán)境進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制；
② 使算法擾動(dòng)帶來(lái)的功率變化大于環(huán)境變化帶來(lái)的功率變化；
③ 辨識和補償環(huán)境變化帶來(lái)的功率變化。
多峰值問(wèn)題
光伏電池被局部遮擋或特性不一致可能導致多功率極值的出現。在多峰值的條件下，如何進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤？找到最大點(diǎn)，而不是局部極值，是一個(gè)比較困難的問(wèn)題。另外，當出現多峰值時(shí)，實(shí)際上光伏電池工作在不良狀態(tài)，嚴重功率失配，既損失了能量，又容易損壞光伏組件。這種狀態(tài)可能是需要被檢測和避免的。
對實(shí)際運行狀態(tài)的考慮不足
多數文獻在仿真驗證算法時(shí)，是通過(guò)對環(huán)境變化的階越響應實(shí)現的。但實(shí)際情況中，環(huán)境的變化是連續的，不會(huì )從一個(gè)穩態(tài)突然跳到另一個(gè)穩態(tài)。很多算法會(huì )在環(huán)境快速連續變化的情況下失效。 在眾多MPPT算法的研究中，被很多研究者忽略的問(wèn)題是采樣精度和計算誤差所帶來(lái)的限制。很多理論上成立且仿真中有效的算法，在實(shí)際系統中是不可行的。
如何解決上述這些問(wèn)題，以提高M(jìn)PPT技術(shù)應用水平，是光伏發(fā)電逆變器應用過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn) 。
四、功率分析儀在MPPT測試的優(yōu)勢
由于太陽(yáng)電池的輸出特性受負荷狀態(tài)、日照量、環(huán)境溫度等因素的影響、太陽(yáng)電池陣列的電壓和電流均發(fā)生很大的變化，從而使輸出功率不穩定，即最大功率點(diǎn)時(shí)刻變化。為了充分利用太陽(yáng)能以獲取最大功率輸出，必須跟蹤、控制太陽(yáng)電池的最大功率點(diǎn)、最大限度地利用太陽(yáng)能，如圖 4所示為光伏發(fā)電示意圖。采用PA8000功率分析儀的MPPT測試主要有一下幾方面優(yōu)勢：
圖4.光伏發(fā)電
最多支持7個(gè)功率輸入單元，輸入功率與輸出功率同步測試，進(jìn)一步提高準確度
傳統測量轉換效率，由于測量設備通道數有限，輸入與輸出只能分開(kāi)測量，這樣導致采集到的數據缺乏同步性，由此算得的轉換效率自然不準確。針對多路輸入的光伏逆變器，PA8000可輕松實(shí)現4通道輸入，3通道輸出同時(shí)采樣，并且PA8000內部采用高穩定度溫度補償的100M同步時(shí)鐘實(shí)現7通道的ADC同步采樣，同步采樣時(shí)鐘誤差小于10ns，滿(mǎn)足高效能逆變器效率的極致測量要求。
支持權重系數自由切換，方便導出各地區效率報表
PAM軟件能夠自由切換權重系數，支持歐洲效率、CEC效率、中國各地區權重系數計算，并能快速的導出相應地區的效率報表，PA8000是業(yè)內唯一支持效率權重系數自由切換的功率分析儀器。
支持自定義效率公式，方便導出MPPT、轉換效率報表
支持自定義效率測試公式，能同時(shí)顯示6個(gè)效率測試結果，方便同時(shí)測量MPPT效率，轉換效率。PAM軟件能夠導出測試靜態(tài)與動(dòng)態(tài)MPPT報表，轉換效率報表，方便檢測機構進(jìn)行操作，大大提高了工作效率。
