在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,，如何提高系統(tǒng)的整體效率,，一個(gè)重要的途徑就是實(shí)時(shí)調(diào)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(fù)載完全匹配,、直接耦合（如負(fù)載為被充電的蓄電池）,，負(fù)載的伏安特性曲線與最大功率點(diǎn)軌跡曲線即可重合或漸進(jìn)重合，使光伏電池處于高效輸出狀態(tài),。但在日常應(yīng)用中,，很難滿足負(fù)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(tǒng)的整體效率,，一個(gè)重要的途徑就是實(shí)時(shí)變更系統(tǒng)負(fù)載特性，即調(diào)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(tǒng)負(fù)載特性由負(fù)載1改為負(fù)載2）
最大功率點(diǎn)B1→最大功率點(diǎn)A1（條件：將系統(tǒng)負(fù)載特性將負(fù)載2改回至負(fù)載1）
由此可見(jiàn),，光伏發(fā)電系統(tǒng)中的MPPT控制策略,，就是先根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏電池的輸出功率，再經(jīng)過(guò)一定的控制算法預(yù)測(cè)當(dāng)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(dāng)前的阻抗或電壓,、電流等電量等方式來(lái)滿足最大功率輸出的要求。
這樣,，不論是因外部光照強(qiáng)度變化,，還是因內(nèi)部光伏電池的結(jié)溫變化使得光伏電池的輸出功率減少，系統(tǒng)始終可以自動(dòng)運(yùn)行于當(dāng)前工況下的最佳工作狀態(tài),，達(dá)到最大功率輸出,，從而可提高整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率。
二,、最大功率點(diǎn)的影響因素
在一定的光照強(qiáng)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(dá)到最大值,，這時(shí)光伏電池的工作點(diǎn)就達(dá)到了輸出功率電壓曲線的最高點(diǎn)，稱之為最大功率點(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(qiáng)度和溫度下降都會(huì)導(dǎo)致光伏電池的最大功率點(diǎn)下移
三、MPPT技術(shù)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題
誤跟蹤現(xiàn)象
大多數(shù)MPPT算法僅采集光伏電池的電壓和電流,，并基于擾動(dòng)觀察的思想進(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(dāng)環(huán)境變化較快時(shí),，容易發(fā)生誤跟蹤現(xiàn)象,。解決方案主要有以下幾類：
① 根據(jù)環(huán)境進(jìn)行開環(huán)控制,；
?、?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；
?、?辨識(shí)和補(bǔ)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(dǎo)致多功率極值的出現(xiàn)。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(dāng)出現(xiàn)多峰值時(shí),，實(shí)際上光伏電池工作在不良狀態(tài),，嚴(yán)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(cè)和避免的,。
對(duì)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的考慮不足
多數(shù)文獻(xiàn)在仿真驗(yàn)證算法時(shí)，是通過(guò)對(duì)環(huán)境變化的階越響應(yīng)實(shí)現(xiàn)的,。但實(shí)際情況中,，環(huán)境的變化是連續(xù)的，不會(huì)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)突然跳到另一個(gè)穩(wěn)態(tài),。很多算法會(huì)在環(huán)境快速連續(xù)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(jì)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(tǒng)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(yīng)用水平,，是光伏發(fā)電逆變器應(yīng)用過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn) 。
四,、功率分析儀在MPPT測(cè)試的優(yōu)勢(shì)
由于太陽(yáng)電池的輸出特性受負(fù)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(wěn)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(cè)試主要有一下幾方面優(yōu)勢(shì)：
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(cè)試,，進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度
傳統(tǒng)測(cè)量轉(zhuǎn)換效率，由于測(cè)量設(shè)備通道數(shù)有限,，輸入與輸出只能分開測(cè)量，這樣導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)缺乏同步性,，由此算得的轉(zhuǎn)換效率自然不準(zhǔn)確,。針對(duì)多路輸入的光伏逆變器，PA8000可輕松實(shí)現(xiàn)4通道輸入,，3通道輸出同時(shí)采樣,，并且PA8000內(nèi)部采用高穩(wěn)定度溫度補(bǔ)償?shù)?00M同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)7通道的ADC同步采樣,，同步采樣時(shí)鐘誤差小于10ns，滿足高效能逆變器效率的極致測(cè)量要求,。
支持權(quán)重系數(shù)自由切換,，方便導(dǎo)出各地區(qū)效率報(bào)表
PAM軟件能夠自由切換權(quán)重系數(shù)，支持歐洲效率,、CEC效率,、中國(guó)各地區(qū)權(quán)重系數(shù)計(jì)算，并能快速的導(dǎo)出相應(yīng)地區(qū)的效率報(bào)表,，PA8000是業(yè)內(nèi)唯一支持效率權(quán)重系數(shù)自由切換的功率分析儀器,。
支持自定義效率公式，方便導(dǎo)出MPPT,、轉(zhuǎn)換效率報(bào)表
支持自定義效率測(cè)試公式,，能同時(shí)顯示6個(gè)效率測(cè)試結(jié)果，方便同時(shí)測(cè)量MPPT效率,，轉(zhuǎn)換效率,。PAM軟件能夠?qū)С鰷y(cè)試靜態(tài)與動(dòng)態(tài)MPPT報(bào)表，轉(zhuǎn)換效率報(bào)表,，方便檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作,，大大提高了工作效率。