分布式太阳能最大功率跟踪系统的研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇分布式太阳能最大功率跟踪系统的研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要：传统的集中式最大功率跟踪虽然可以使太阳能阵列的电量保持最大值，但是在实际应用中系统会有失配的问题，可能导致系统有多个最大功率点，存在次优的最大功率点，传统的最大功率跟踪方式解决不了这个问题。文中的分布式最大功率跟踪方法可以使这种失配对系统造成的影响降到最小，文章分析了这种方法的优点和运行原理，然后通过计算机仿真模拟验证方法的可行性。
关键词：光伏发电；分布式；最大功率跟踪；阴影失配
21世纪，人类面临着经济和社会可持续发展的双重挑战，在有限资源和环境保护要求的双重制约下发展经济己成为全球的热点问题，这就要求我们所寻求的替代能源必须是可再生的清洁能源。太阳能以其清洁、无污染，并且取之不尽、用之不竭等优点越来越得到人们的关注，太阳能的利用方式很多，而太阳能发电是太阳能利用中最为关注的焦点。
光伏电池是一种不稳定的电源，它的输出特性受外界环境如太阳能辐射度，温度和负载的影响。如何通过光伏电池的最大功率点跟踪控制，使太阳能光伏电池获得最大输出功率，充分利用太阳能光伏阵列的能量，对提高光伏电池的转换效率，降低光伏发电成本，具有重要的意义。最大功率点跟踪控制技术是光伏并网发电系统的关键技术之一。
1 分布式与集中式最大功率跟踪的分析
当树木、烟囱或其他物体投射的阴影遮挡住光伏系统时，就会导致系统造成“失配”问题。即使光伏系统只受到一点点阴影的遮挡都会导致发电量的大幅下跌。传统的集中式最大功率跟踪方法(如图1)无法避免失配问题给系统带来的影响，而本文中的分布式最大功率跟踪(如图2)却可以降低这种影响。
在任何既定条件和既定时间下，光伏(PV)电池具有单个工作点值电流(I)和电压(V)，将产生最大功率点(MPP)，从而使来自电池板的太阳能产生最大功率输出。电池板产生的功率是施加的电压乘以电流(P=V×I)。电池的单个MPP是电流与电压之间的指数关系的函数。MPPT是一种电子形式的跟踪技术，利用算法和控制电路来探索这个最大功率点，从而使转换器电路可以从PV电池中获取最大功率。
在辐射、温度以及其它电池参数统一的情况下，除了转换效率差异之外，分布式MPPT和集中式MPPT的性能之间没有差异。然而，在存在局部阴影的情况下，电池板不匹配将成为最大的问题。因为参数不统一，局部阴影将导致阵列的不同电池板具有多个MPP。采用集中式MPPT技术时，可能会导致更多的不均匀损失。这是由于以下两个原因：首先，集中式MPPT内部混乱，在进行功率配置时停留在局部最高点，并设置在电压的次优点；其次，在非正常的条件下，MPP的电压点差别可能非常大，超出了集中式MPPT的工作范围和电压范围。由于电池板之间的差别很大，正是在这些情况下，采用分布式MPPT的电源优化器可独立增强并提高电池板的性能。
在采用集中式MPPT的的PV阵列(如图1)中，其中采用的集中式逆变器不仅将太阳能从直流转换为电网使用的交流，而且提供集中式MPPT。在这类配置中，多行PV电池板并联在一起，为连接电网的逆变器提供输入。集中式逆变器不仅具有将直流转换为交流的主要功能，而且包含MPPT控制器，通过调节其输入阻抗，根据MPPT算法可使PV阵列产生的电量一直保持最大化。
在采用分布式MPPT的PV阵列(如图2)中，每个电池板连接了一个MPPT装置。对每块板子进行跟踪：一方面，它们跟踪最佳的局部MPP；另一方面，它们将输入电压/电流转换为不同的输出电压/电流，以最大限度提高系统中的能源传输，并通过将DC/DC和MPPT功能分布到电池板来进行改进。可以使整行达到最佳值，同时在电池板级别达到局部优化点。
2 模拟及仿真实验结果
仿真参数如下：选取的光伏板的最大工作电压Vm=34.8V，最大工作电流Im=7.47A，开路电压Voc=44V，短路电流Isc=8.09A，最大功率Pm=260W，温度25℃，光照1kW/h。
在matlab中搭建模型，MPPT模块采用比较成熟的扰动观察法，仿真模块图在这里不再展示，文献[1]中研究的更详细。为了便于仿真，本文只选取了两组光伏板串模拟光伏阵列，并且在光照变化产生系统失配问题的情况下，观察光照变化对系统的能量损失的影响，以及分布式最大功率跟踪对这种影响的补偿。结果如表1所示，表1中S代表光照强度，PO1代表集中式系统的输出功率，PO2代表分布式系统输出功率，PO3代表单个光伏板的输出功率。从表1中可以看出随着光照的变化分布式系统的输出能量比较稳定，能量损失的比较小，而集中式系统的输出能量受环境的变化比较大，能量的损失也比较大。
图3中的DMPPT代表分布式最大功率跟踪，MPPT代表集中式最大功率跟踪，
正常系统是指系统运行中没有出现失配问题时的理想状态，从图3可以看出，DMPPT能够很好的补偿失配问题造成的功率损失，而MPPT方式则在光照越低的情况下，系统的损失越高，由此可以看出，DMPPT是高效的。
3 结束语
本文分析了分布式最大功率跟踪的工作方式和高效特性，这种方式可以减少阴影等对光伏发电的影响，并通过仿真模拟验证其高效能。文章只是简洁的分析了分布式最大功率跟踪，这种方式也存在许多问题，采用DMPPT后系统的动态特性以及静态稳定性的问题，系统的优化问题，以及成本的控制问题都是今后要进一步深入研究探讨的问题。
参考文献
[1] 田勤曼．光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究[D]．天津：天津大学，2008