【關(guān)鍵詞】：光伏逆變器；最大功率點跟蹤；控制方法；問題；目標(biāo)
一、研究背景和意義
1、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
近年來，由于資源和環(huán)境的問題，可再生能源技術(shù)廣受各個國家的重視，在所有可再生能源中，太陽能作為一種新興的綠色能源，以其儲量豐富 無污染 分布范圍廣泛等優(yōu)點，正得到迅速的發(fā)展 該能源有效緩解了石化能源危機 環(huán)境污染 偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電等問題，具有重大的現(xiàn)實意義
光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將太陽電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電，從而既能向負(fù)載供電，又能向電網(wǎng)輸送電能的一個系統(tǒng)。
2、光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成
太陽能電池方陣、儲能裝置、逆變裝置、控制裝置、連接裝置
3、研究意義
光伏器件的輸出功率是光伏器件所受日照強度、器件結(jié)溫的非線性函數(shù)。即使在外部環(huán)境穩(wěn)定的情況下，光伏器件的輸出功率也會隨著外部負(fù)載的變化而變化，只有當(dāng)外部負(fù)載與光伏器件達(dá)到阻抗匹配時，光伏器件才會輸出最大功率，此時我們稱光伏器件工作在最大功率點(Maximum Power Point）MPPT。
光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率為電池板的光電轉(zhuǎn)換效率、MPPT效率和逆變器效率三部分乘積，盡管太陽能資源是無窮盡的，但由于太陽光輻射密度太低。導(dǎo)致太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率非常低。目前，大多數(shù)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率僅為10％一20％左右。在此背景下，高效率且具有成本效益的逆變器成為評定太陽能發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。高效率MPPT技術(shù)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率提高和成本降低有十分重要的意義。
二、國內(nèi)外研究水平
1、國外研究水平
西班牙、德國、美國、日本對本國光伏產(chǎn)業(yè)的政策扶持，光伏發(fā)電用逆變器進(jìn)入了一個快速增長的階段。歐洲式全球光伏市場的先驅(qū)，具備完善的光伏產(chǎn)業(yè)鏈，光伏逆變器技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。SMA是全球最早也是最大的光伏逆變器生產(chǎn)企業(yè)（德國市場占有率達(dá)50%以上），約占全球市場份額的三分之一，第二位是Fronius。全球前七位的生產(chǎn)企業(yè)占領(lǐng)了近70%的市場份額。
2、國內(nèi)研究水平
國內(nèi)光伏并網(wǎng)逆變器市場規(guī)模較小，生產(chǎn)逆變器的廠商眾多，但專門用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器制造商并不多，在逆變器技術(shù)質(zhì)量、規(guī)模上與國外企業(yè)仍具有較大差距。目前具有較大規(guī)模的廠商有合肥陽光、北京科諾偉業(yè)、北京索英、志誠冠軍、南京冠亞、上海英偉力新能源科技有限公司等企業(yè)。目前這些企業(yè)用于光伏系統(tǒng)的產(chǎn)量呈逐年上升的趨勢。
三、研究內(nèi)容和擬采用方法
1、MPPT技術(shù)對比
在光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率計算中光伏轉(zhuǎn)換效率比重很大，如果不妥善解決，會導(dǎo)致整體效率下降轉(zhuǎn)換效率決定于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工作點，最大功率點跟蹤(MPPT)控制能夠使工作點處于最優(yōu)位置，改善轉(zhuǎn)換效率，減少發(fā)電成本，是目前應(yīng)用比較成熟的技術(shù)。一個比較好的MPPT控制要做到5點：快速、高效、獨立、準(zhǔn)確、低價。這些特點可以用來對當(dāng)前使用的MPPT的幾種算法進(jìn)行評價，如下表所示。
2、存在的問題
據(jù)統(tǒng)計，在IEEE中研究MPPT的有影響力的論文已超過300篇，很多是假設(shè)光伏特性只有一個峰值，以此為依據(jù)的論文研究在陰影阻擋及光伏組件之間不匹配等情況導(dǎo)致的多峰值條件下是不適用的。目前在國際上研究MPPT的重點可以歸納為四個方面：
（1）如何能以最少步驟達(dá)到全局最大點，即高響應(yīng)度；
（2）如何達(dá)到與系統(tǒng)參數(shù)的完全獨立性，即高通用性；
（3）如何能在快速大氣或參數(shù)改變的時候下追蹤正確的方向，即高準(zhǔn)確率；
（4）如何使得MPPT的硬件復(fù)雜程度較低，即高性價比。
3、解決方法
（1）將不同的MPPT方法進(jìn)行“柔合”形成復(fù)合控制，多種方法結(jié)合，主要是把快速追蹤和準(zhǔn)確性進(jìn)行結(jié)合。例如，將模糊邏輯控制應(yīng)用在爬坡法上；或者固定電壓法與爬坡法結(jié)合，快速定位在最大功率點附近的方法來解決一些問題。
（2）尋求新的MPPT算法：試根據(jù)反激變換器的輸出電壓或者電流作為判斷依據(jù)實現(xiàn)最大功率點跟蹤，這樣可以省去兩個傳感器，而且無需乘法運算，保證簡單、高效、受環(huán)境因素影響小等優(yōu)點，進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本，同時減輕處理器運算負(fù)擔(dān)。
（3）減少或者不用電壓或者電流傳感器，如：現(xiàn)有很多種MPPT算法，但它們幾乎都需要同時得到高精度的光伏電池輸出側(cè)的電壓和電流且需要計算功率，昂貴的霍爾傳感器必然會增加系統(tǒng)成本及逆變器體積，同進(jìn)也占有了大量處理器的資源。因此針對微逆變器的特殊要求，需要開發(fā)新型的只需一種（電流或者電壓傳感器）或無需電流電壓檢測的高效率MPPT技術(shù)。
四、預(yù)期結(jié)果
今后MPPT和光伏模組的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換結(jié)合會向更智能、邏輯判斷更強的控制算法的方向發(fā)展。如何將各種最大功率點跟蹤控制方法進(jìn)行有機結(jié)合、 取長補短,使其能更好滿足現(xiàn)場實際需求。實現(xiàn)以下目標(biāo)：
（1）數(shù)學(xué)模型逐步優(yōu)化、 智能處理方法廣泛應(yīng)用；
（2）高響應(yīng)度、高通用性、高準(zhǔn)確率、高性價比；
（3）實現(xiàn)在單級式并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。單級式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)則用一個能量變換環(huán)節(jié)實現(xiàn)兩項功能。因此在單級式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的控制中既要考慮跟蹤光伏陣列的最大功率點，也要同時保證對電網(wǎng)輸出電流的輻值和相位，控制較為復(fù)雜。
