基于 MPPT 的光伏发电系统介绍

2019-08-13 10:57:00 来源:功率半导体那些事儿
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之前我们简单地聊过光伏发电系统中的MPPT,聊了它大概的工作原理以及几种控制方式,今天我们再继续聊聊MPPT~

 

1
基于MPPT的光伏发电系统

结合前面我们聊到的MPPT的基本概念,以及相关的几种控制方法,今天我们来介绍一下基于MPPT光伏发电系统的基本组成:

 

 

主要组成部分如上图所示:


光伏阵列,主要是实现光电转换的功能,属于基础部分。通常,我们根据系统的设计和负载电压的要求,将多个光伏电池板进行串联或者并联形成模块化组合,即光伏阵列。在模块化处理时我们需要在系统中接入三种类型的二极管:并联在光伏电池组件两端的旁路二极管;保证光伏阵列之间工作互补影响的隔离二极管和串联在光伏阵列和逆变器等之间的屏蔽二极管。


蓄电池组,是系统的储能装置,在阴晴、昼夜等不同的外部环境下,保证光伏阵列的发电量保持稳定状态。


控制器,主要分为充电控制器和MPPT控制器。充电控制器作用于蓄电池组的充放电控制;MPPT控制器的控制过程分为两个部分:首先是对光伏电池的输出电压电流进行采样,运用合适的MPPT算法,得到系统参考量,然后形成驱动脉冲并作用于DC/DC变换器实现MPPT控制,保持输出功率在最大位置,保证较高的能量转换效率。


最后就是系统中必不可少的电力电子变换器,有直流变换器和逆变器。


MPPT的实现主要是通过采样形成驱动信号来控制DC/DC变换器的输出,相当于使得光伏阵列的后续输出保持最大功率的状态。可见基于MPPT的DC/DC变换器是最为基础并核心的部分。


2
BUCK和BOOST电路回顾

早些时候我们聊过,DC/DC变换的一些电路拓扑,下图在此对DC/DC变换器的电路类型进行分类:

 

 

这里我就不再赘述了,附上之前文章的链接,大家可以再参考下:


BUCK电路:


降压(Buck)电路分析


BOOST电路:


升压(Boost)电路分析


这里我们主要论述下,MPPT光伏发电系统的DC/DC变换器选择BUCK电路 or BOOST电路?

 

3
Which one to choose?

我们知道,光伏电池的输出特性具有非线性的特点,再特定的日照强度、环境温度下存在一个唯一的输出功率极大值点。最大功率点跟踪控制器包括两个主要涉及部分:MPPT算法和实现算法的DC/DC变换器。关于控制算法我们上篇已经简单聊过,今天我们主要聊聊后者——DC/DC变换器。MPPT算法控制器需要通过DC/DC来实现,即利用一定的手段来改变变换器的占空比,使得电池的输出电压可调可控以达到最大功率点跟踪。首先对输入至DC/DC变换器的电池输出电流和输出电压进行信号采样,然后通过MPPT控制器计算分析得到合适的驱动信号,用此来驱动开关管的导通和关断,从而改变太阳能输出电压的大小以实现最大功率点跟踪。


BUCK和BOOST电路作为DC/DC变换器的两大基本电路结构,以其电路结构简单和转换效率高等特点得到广泛的应用。对于这两个电路的选择,偏向于BOOST电路,主要理由如下:


①BUCK电路中若没有储能电容,很容易出现电流断续工作模式。MPPT依据的DC/DC变换器需要工作于电流连续(CCM)模式以保证较高的能量利用率。但是储能电容一般为电解电容,不利于电路工作于较高频率,同时使系统装置变大,增加成本。相反在输入电感足够大的前提下,BOOST电路能够一直处于CCM模式,可以不加电容。


②BOOST电路结构相较于其他的DC/DC变换器拓扑比较简单,而且因其功率开关管一端接地,设计驱动电路更为简便。


③特别地,在两极并网式光伏系统中,DC/DC变换器一般后接DC/AC逆变器。太阳输出电压一般较低,通常需要利用DC/DC变换器对其进行升压,然后再输送至逆变器的输入端。那么BOOST电路因其显著的升压特点得到应用。

 

所以,目前的大多数MPPT光伏发电系统都是基于BOOST升压电路的。主要理由正如我们上面所讲的那样,很多模块厂家也都推出了自己的BOOST电路拓扑的模块,大家可以自行了解一下。


今天的内容希望大家能够喜欢~

 
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Disciple
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