MPPT在光伏系統中的應用
在此感謝冠隆電力的小夥伴們的知識分享，下面我們就來簡單的介紹一下MPPT在光伏系統的具體應用案例
光伏發電系統
光伏發電系統是指無需通過熱過程直接將光能轉變為電能的發電系統。它的主要部件是太陽能電池組件（簡稱光伏組件）、蓄電池、控制器和逆變器。其特點是可靠性高、使用壽命長、不污染環境、能獨立發電又能併網運行。
其中光伏組件負責將光能轉化為電能，因此最大化的利用光伏組件產生的電能，是有效提光伏升系統發電量的關鍵。MPPT控制器應運而生。
MPPT控制器
MPPT控制器的全稱「最大功率點跟蹤」（Maximum Power Point Tracking）太陽能控制器，是傳統太陽能充放電控制器的升級換代產品。
一、什麼是MPPT
上圖中，光伏組件的輸出電壓和電流遵循I-V曲線(綠色)、P-V曲線(藍色)，如果希望逆變器輸出的功率最大，就需要直流電壓運行在紅點所在的最大點，這個點就是最大功率點。假如最大功率點是500V，500V時功率是200W。此時，運行在480V時的功率約為190W，530V時約為185W，都沒有500V時的功率大。控制器如果跟蹤不到500V，就損失了發電量。
那為什麼還要不斷跟蹤呢？因為這個曲線隨著光照強度、溫度和遮擋的不同在變化著，最大功率點也就在變化了，可能早上最大功率點電壓是530V，中午是500V，下午是520V，所以控制器需要不斷地尋找這個最大功率點，也就是最大功率點跟蹤了，這樣才能保證全天的電池板能量都能最大化地輸出出來，不浪費太陽能資源。
由於光伏組件收到光強以及環境等外界因素的影響，其輸出功率是變化的，光強發出的電就多，帶MPPT最大功率跟蹤的逆變器就是為了充分的利用太陽能電池，使之運行在最大功率點。也就是說在太陽輻射不變的情況下，有MPPT後的輸出功率會比有MPPT前的要高，這就是MPPT的作用所在。
二、最大功率點跟蹤的原理
隨著電子技術的發展，當前光伏組件陣列的MPPT控制一般是通過DC/DC變換電路來完成的。其原理框圖如下圖所示。
光伏組件陣列與負載通過DC/DC電路連接，最大功率跟蹤裝置不斷檢測光伏陣列的電流電壓變化，並根據其變化對DC/DC變換器的PWM驅動信號佔空比進行調節。
對於線性電路來說，當負載電阻等於電源的內阻時，電源即有最大功率輸出。雖然光伏電池和DC/DC轉換電路都是非線性的，然而在極短的時間內，可以認為是線性電路。因此，只要調節DC-DC轉換電路的等效電阻使它始終等於光伏電池的內阻，就可以實現光伏電池的最大輸出，也就實現了光伏電池的MPPT。
三、MPPT的演算法
目前，光伏陣列的最大功率點跟蹤(MPPT)技術，國內外已有了一定的研究，發展出各種控制方法常，常用的有一下幾種：恆電壓跟蹤法(Constant Voltage Tracking 簡稱CVT)、幹擾觀察法(Perturbation And Observation method簡稱P&O)、增量電導法(Incremental Conductance method簡稱INC)、基於梯度變步長的電導增量法等等。
1恆定電壓法
恆定電壓法的基本理論依據是不同日照條件下光伏電池的輸出P-U曲線上最大功率點電壓位置基本都位於某個恆定電壓附近。因此，CVT法的控制思路就是將光伏電池輸出電壓控制在該電壓處，這樣一來光伏電池在整個工作過程中將近似的工作在最大功率點處。恆定電壓跟蹤方法不但可以得到比直接匹配更高的功率輸出，在一定的條件下，還可以用來簡化最大功率點跟蹤(MPPT)控制。
從嚴格的意義上來講CVT法並不是一種真正意義上的最大功率跟蹤方法。雖然此法比一般光伏系統可以多獲得20%左右的電能，相比不帶CVT的直接耦合要有利得多。但是，這種跟蹤方法忽略了溫度對光伏電池陣列開路電壓的影響，所以CVT法的精度甚低，適應性差，系統最大功率的跟蹤精度完全取決於電壓值的選擇，一旦周圍環境變化就無實現準確的最大功率追蹤。
2幹擾觀察法
幹擾觀察法的原理是每隔一定的時間針對光伏電池輸出電壓進行擾動，使其增加或減少，同時對其輸出功率進行觀測，判斷其產生變化的方向並以之為依據決定下一步的控制信號變化。這種控制演算法一般採用功率反饋方式，通過兩個感測器對太陽能電池陣列的輸出電壓和電流分別進行採樣，並計算獲得其輸出功率。若ΔP>0，說明電壓調整的方向正確，可以繼續按原方向進行「幹擾」;若ΔP<0，說明電壓調整的方向錯誤，應改變擾動方向。
這種方法演算法簡單，易於硬體方面的實現，但響應速度較慢，適用於那些日照強度變化比較緩慢的場合，例如光伏發電廠、光伏路燈等，而且這種演算法在穩態情況下會導致光伏陣列的實際工作點在最大功率點附近的小幅振蕩，因此會造成少量的功率損失。
3電導增量法
電導增量法是目前MPPT最常用演算法之一，它是根據光伏電池陣列P -U曲線為一條一階連續可導的單峯曲線(如下圖)，利用一階導數求極值的方法。
以上即為電導增量法光伏電池達到最大功率輸出點所需滿足的條件。這種演算法的控制過程如下：
在理論上電導增量法法比干擾觀察法要好，因為它在下一時刻的變化方向完全取決於在該時刻的電導G=I/U的變化率和瞬時負電導值的大小關係，而與前一時刻的工作點電壓以及功率的大小無關，因而此法能夠適應快速變化的日照強度，而且跟蹤精度較高。
MPPT演算法需要比較多的硬體感測器或者說是電壓和電流感測器，感測器越多，成本越高，所以目前較多用的還是擾動觀測法。
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