光伏逆變器演算法

A. 2019-07-23 MPPT

mppt是什麼？

Maximum Power Point Tracking,最大功率點跟蹤，指對光伏方陣表面溫度變化和太陽輻照度變化而產生的輸出電壓與電流的變化進行跟蹤控制，使得陣列一直保持在最大輸出工作狀態，以獲得最大功率輸出的自動調整行為。

如何衡量MPPT效率

MPPT滲透率。

太陽能板的特性曲線

在當前的環境條件下，太陽能板的最大輸出功率為曲線的峰值。這是太陽能板達到最大的能量轉換效率。由於能量守恆，太陽能板獲得的光能為其輸出的電能加上發熱量。因此需要通過控制太陽能板的工作電壓或者工作電流，讓太陽能板工作在最大功率點。這種演算法叫最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking）

MPPT-P&O演算法

P&O中文名字是擾動-觀察法。

從P-V曲線可見，可通過控制電壓的方法讓光伏電池達到最大功率點。演算法的實現，依據了以下公式：

dp/>0：U=U+ U

dp/=0：U=Um

dp/<0：U=U- U

當dP>dU時，工作點在最大功率點左邊，需要增加工作電壓。

當dP<dU時，工作點在最大功率點右邊，需要減少工作電壓。

當dP=dU時，達到最大功率點。

以下兩個流程圖摘自《獨立式光伏發電系統最大功率點跟蹤演算法研究_張淼》。

從P-V曲線可知，在最大功率點左邊，斜率較小。改變固定的電壓，功率改變較小。而最大功率點右邊，斜率較大。因此可以演算法上，在最大功率點左邊，選擇一個較大的電壓步長；而在最大功率點右邊，選擇一個較小的電壓步長。可加快跟蹤效果。

綜上所述，個人認為MPPT電路作為光伏電池的調節電路，其主要左右不是更改了太陽陣端的輸出，而是更改了MPPT電路的輸出。

光伏電池陣列與負載通過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驅動信號占空比進行調節。

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轉換電路都是強非線性的，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。

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（ConstantVoltageTracking簡稱CVT）、干擾觀察法（簡稱P&O）、增量電導法（IncrementalConctancemethod簡稱INC）、基於梯度變步長的電導增量法等等。（這些演算法只能用在無遮擋的條件下）

1）單峰值功率輸出的MPPT的演算法

目前，在無遮擋條件下，光伏陣列的最大功率點跟蹤（MPPT）的控制方法常用的有以下幾種：

l恆電壓跟蹤法（ConstantVoltageTracking簡稱CVT）

l干擾觀察法（簡稱P&O）

l增量電導法（IncrementalConctancemethod簡稱INC）

l基於梯度變步長的電導增量法，等等。

2）多峰值功率輸出MPPT演算法

普通的最大功率跟蹤演算法，如擾動觀測發和電導增量法在一片雲彩的遮擋下就有可能失效，不能實現真正意義的最大功率跟蹤。目前，國際上也有人提出了多峰值的MPPT演算法，主要包含如下三種：

結合常規演算法的復合MPPT演算法

Fibonacci法

短路 電流脈沖法

光伏逆變器MPPT技術對系統發電量影響

在光伏系統中，逆變器的成本不到5%，卻是發電效率的決定性因素之一，當組件等 配件 完全一致時，選擇不同的逆變器，系統的總發電量有5%到10%的差別，這個差異的主要原因就是逆變器造成的。而MPPT效率是決定光伏逆變器發電量關鍵的因素，其重要性甚至超過光伏逆變器本身的效率，MPPT的效率等於硬體效率乘以軟體效率，硬體效率主要由采樣電路的精度，MPPT電壓范圍，MPPT路數來決定的，軟體效率主要由控制演算法來決定的。

最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，簡稱MPPT）是光伏發電系統中的一項核心技術，它是指根據外界不同的環境溫度、光照強度等特性來調節光伏陣列的輸出功率，使得光伏陣列始終輸出最大功率。

中國光伏市場的爆發，促進了光伏逆變器的發展，各種技術層出不窮。目前使用的有集中式逆變器，單級組串式逆變器，雙級組串式逆變器，集散式逆變器，高頻模塊化逆變器，MPPT的技術也是多種多樣。

1、MPPT采樣電路精度

MPPT實現的方法有很多種，但不管用哪種方法，首先要 測量 組件功率的變化，再對變化做出反應。這其中最關鍵的 元器件 就是 電流感測器 ，它的測量精度和線性誤差將直接決定硬體效率，電流感測器做得比較好的廠家有瑞士的LEM，美國的VAC，日本的田村等，有開環和閉環兩種，開環的電流感測器一般是電壓型，體積少，重量輕，無插入損耗，成本低，線性精度99%，總測量誤差1%左右，閉環的電流感測器，頻帶范圍寬，精度高，響應時間快，抗干擾能力強，線性精度99.9%，總測量誤差0.4%。

天氣劇烈變化時，使用閉環 感測器 有優勢。

2、MPPT電壓范圍

逆變器的工作電壓范圍和逆變器的電氣拓撲結構以及逆變器輸出電壓有關，組串式逆變器和集散式逆變器是雙級電氣拓撲結構，MPPT工作電壓范圍在250-850V之間，集中式逆變器是單級結構，輸出電壓有270V，315V，400V等規格，輸入MPPT電壓范圍有450-850V，500-850V，570-850V等多種，還有一種單級結構的組串式逆變器，只有一級DC-AC逆變器，輸出電壓是400V，MPPT輸入電壓范疇是570-850V。從應用的角度來看，各有優勢和缺點。

1）從逆變器角度上講，輸出電壓越高的逆變器，相同功率等級，電流越低，效率也就越高。單級比雙級結構簡單，可靠性高，成本低，價格便宜。

2）從系統角度上講，逆變器MPPT電壓范圍越寬，可以早啟動，晚停機，發電時間長。

3）根據電壓源串聯原理，系統輸出電壓相加，電流不變。光伏組件串聯後，輸出電流是由最少的電池板來決定的，受到組件原材料，加工工藝，陰影，灰塵等影響，一塊組件功率降低，這一串的組件功率都會降低，因此組件串聯數目要盡量少，並聯的數目盡量多，才能減少由於組件的一致性而帶來的影響。

3、MPPT的路數

目前組串式逆變器，MPPT路數有1到5路不等，集中式逆變器一般是1路MPPT，集散式逆變器，把匯流箱和MPPT升壓集成在一起，有多路MPPT，還有一種高頻模塊化逆變器，每一個模塊有一路MPPT。

從解決失配的問題角度來說，MPPT數量越多越有利；從穩定性和效率上來說，MPPT的數量越少越好，因為MPPT數量越多系統成本越高，穩定性越差，損耗越多。因此需要結合實際地形需求選擇合適的方案。從理論上講，組件的不一致性要超過0.5%以上，才有使用的價值。

1）功能損耗：MPPT演算法很多，有干擾觀察法、增量電導法、電導增量法等等，不管是哪一種演算法，都是通過持續不斷改變直流電壓，去判斷陽光的強度變化，因此都會存在誤差，比如說當電壓實際正處於最佳工作點時，逆變器還是會嘗試改變電壓，來判斷是不是最佳工作點，多一路MPPT，就會多一路損耗。

2）測量損耗：MPPT工作時，逆變器需要測量電流和電壓。一般來說，電流越大，抗干擾能力就越大，誤差就越少，2路MPPT比4路MPPT電流大1倍，誤差就少一倍。如某公司50KW的逆變器，使用開環直流電流感測器HLSR20-P，電流為20A，誤差為1%，當輸入電流小於0.5A時，誤差就經常發生，當輸入電流小於0.2A時，就基本上不能工作了。

3）電路損耗：MPPT主電路有一個 電感 和一個 開關 管，在運行時也會產生損耗。一般來說，電流越大，電感量可以做得更小，損耗就越少。

下圖是在兩個不同的地方，選擇不同MPPT逆變器，單極單路和雙級多路，實際發電量的示意圖，由圖可以看出，在平地無遮擋光照好的地區，兩種逆變器發電量相差不多，單極單路早晚發電時間短，要損失一部分電量，在由於本身損耗低效率高，當光照達到啟動電壓後，輸出功率要比雙級多路的要大，所以綜合比較起來差不多。

在山地或者屋頂有遮擋光照條件一般的地區，雙級多路MPPT的逆變器發電量高。這是因為在低電功率發電時間段時間較長，高功率發電時間較短。

總結：

逆變器MPPT技術的多樣性，給電站設計帶來了極大的便利。結合實際，科學設計，不同的地形，光照條件，選擇不同的逆變器，降低電站成本，提高經濟效益。山丘電站和屋頂電站，存在朝向不一致和局部遮擋的現象，且不同的山丘遮擋特性不一樣，帶來組件失配問題，建議選擇多路MPPT，電壓范圍寬的雙級結構的逆變器，可以增加早晚發電時間。平地無遮擋，光照條件好的地區，建議選擇單路MPPT，單級結構的逆變器，可以提高系統可靠性，降低系統成本。

B. 安裝光伏電站逆變器應該如何選擇

假設是並網逆變器：並網光伏逆變器主要分高頻變壓器型、低頻變壓器型和無變壓器型三大類，主要從安全行轎槐性和效率兩個層面來考慮變壓器類型。並網光伏逆變器選型時應考慮的方面有：(1)容量匹配設計：並網系統設計中要求電池陣列與所接逆變器的功率容量相匹配，一般的設計思路是：組件標稱功率×組件串聯數×組件並聯數=電池陣列功率。在容量設計中，並網逆變器的最大輸入功率應近似等於電池陣列功率，已實現逆變器資源的最大化利用。(2)MPP電壓范圍與電池組電壓匹配：根據太陽能電池的輸出特性，電池組件存在功率最大輸出點，並網逆變器具有在特點輸入電壓范圍內自動檔友追蹤最大功率點的功能，因此電池陣列的帆蔽輸出電壓應處於逆變器MPP電壓范圍以內。電池組件電壓×組件串聯數=電池陣列電壓。一般的設計思路是電池陣列的標稱電壓近似等於並網逆變器MPP電壓的中間值，這樣可以達到MPPT的最佳效果。

C. 簡述逆變器的選型

光伏並網逆變器的常見類型
目前我國光伏電站採用的逆變器結構主要有：集中式光伏逆變器系統、組串式光伏逆變器系統、集散式光伏逆變器系統以及微型逆變器等。下面簡單介紹一下集中式逆變器和組串式逆變器的的特點（後期會陸續介紹其他類型的逆變器）：

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1.1集中式光伏逆變器

集中式光伏逆變系統是大型光伏電站普遍採用的電能變換裝置，也是目前最為成熟的技術方案悉李之一。集中式光伏逆變系統採用一路最大功率點跟蹤（MPPT）輸入，集中MPPT尋優、集中逆變輸出，
集中式逆變器是將很多光伏組串經過匯流後連接到逆變器直流輸入端，集中完成將直流電轉換為交流電的設備。集中式逆變器通常使用單級兩電平三相全橋拓撲結構，大功率IGBT和SVPWM調制演算法，通過DSP控制IGBT發出兩電平方波，通過LCL或LC濾波器濾波後輸出滿足標准要求的正弦波。

集中式逆變器常見的輸出功率為500kW、630kW，以500kW集中式逆變器應用業績最多，集中式逆變器轉換效率通常＞98.3%，中國效率＞97.5%，每台逆變器具有1路MPPT，毀檔MPPT電壓跟蹤范圍為500V~850V，2台逆變器組成1MW方陣，通過一個雙分裂繞組變壓器升壓後接入35kV中壓電網。

目前國內還有最新的直流1500V集中式逆變器，單價功率1.25~3.125MW，採用逆變升壓一體結構，組成2.5MW~6.4MW的發電系統，適合目前平價電站的建設。

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集中式逆變器的優點：

1、安裝相對簡單，更方便維護。

2、該逆變系統採用單級式控制方式，控制相對簡潔，相關技術比較成熟，單位系統睜余遲造價低。

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集中式逆變器的缺點：

單台集中式光伏逆變器僅具備一路MPPT路數，針對光伏電池板組件之間存在的匹配偏差，無法做到對每一光伏電池板組串精確地跟蹤控制，造成電池板利用效率降低。特別是山地電站的大規模涌現，其應用場景受地形限制，無法保證所有組串朝向、傾角按照最優方式配置，單路MPPT方案的集中式光伏逆變器很難滿足現場應用要求。

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1.2組串式光伏逆變器

組串式光伏逆變系統最初是針對屋頂光伏等小型光伏發電系統設計的，可直接接入低壓電網，不需要隔離變壓器或升壓變壓器，特別適合於低壓並網的分布式光伏發電。

為了更好地解決光伏電池板組件「失配」造成的發電量的損失，在大型光伏電站中也出現了以小功率組串式光伏逆變器組成的光伏逆變系統，通過對光伏電池板組件子方陣的分散MPPT優化，交流匯接並聯後集中升壓並網，從而較好的解決了大型光伏電站因光伏電池板組件「失配」導致的發電量損失。
組串式逆變器是基於模塊化的概念，將光伏方陣中的每個光伏組串連接至指定逆變器的直流輸入端，各自完成將直流電轉換為交流電的設備。組串式逆變器通常使用兩級三電平三相全橋拓撲結構，選用中小功率IGBT和SVPWM調制演算法，通過DSP控制IGBT發出三電平方波，通過LCL或LC濾波器濾波後輸出滿足標準的正弦波。

組串式逆變器常見的輸出功率為1~10kW、20kW~40kW、50kW~80kW，逆變器的最大轉換效率為98%以上，中國效率高達98.4%以上，每台逆變器具有多路的MPPT，MPPT電壓范圍通常為200V~1000V（1~5kW小功率逆變器的MPPT范圍一般是80V~500V，直接接入用戶電網側），通過交流匯流後經雙繞組變壓器接入35kV中壓電網。

D. 光伏逆變器規格中含有1個MPPT或者含有多個MPPT有什麼區別每個MPPT可以接多少串是什麼意思謝謝！

光伏組件的MPPT跟蹤，而在實際工程中，一個500kW的逆變器，往往要接80~90個光伏組串。

MPPT，即Maximum Power Point Tracking的簡稱，中文為「最大功率點跟蹤」，即：逆變器根據外界不同的環境溫度、光照強度等特性來調節光伏陣列的輸出功率，使得光伏陣列始終輸出最大功率。

假設MPPT還沒開始跟蹤，這時組件輸出電壓是500V，然後MPPT開始跟蹤之後，就開始通過內部的電路結構調節迴路上的電阻，以改變組件輸出電壓，同時改變輸出電流，一直到輸出功率最大(假設是550V最大)，此後就不斷得跟蹤，這樣一來也就是說在太陽輻射不變的情況下，組件在550V的輸出電壓情況，輸出功率會比500V時要高，這就是MPPT的作用所在。

由於遮擋不一致、組件功率偏差等原因，不同的組串間必然存在輸出功率偏差。因此，每個逆變器接入的光伏組串的輸出特性曲線變得復雜，呈多極值點，如圖所示。

光伏方陣的輸出功率曲線出現了多個功率的峰值。如何找到圖3中最高的那個點，就需要進行MPPT計算了!

如何對MPPT進行計算：

單峰值功率輸出的MPPT的演算法。

目前，在無遮擋條件下，光伏陣列的最大功率點跟蹤(MPPT)的控制方法常用的有以下幾種：

恆電壓跟蹤法(Constant Voltage Tracking 簡稱CVT)。

干擾觀察法(Perturbation And Observation method簡稱P&O)。

增量電導法(Incremental Conctance method簡稱INC)。

E. 光伏發電收益怎樣計算的

自發自用電價= 基礎電價+0.37 +地方補貼(如果有)，余電上網電價= 0.37 +地方補貼(如果有)+當地脫硫煤電價。

戶用發電的價格基本在7元/瓦，含組件、逆變器、支架各種設備。100平米的屋頂，根據採用的組件容量 安裝角度不同，安裝容量有很大的區別，估計能安裝3-10千瓦的規模，成本投入就是2.1-7萬元左右。

光伏發電注意事項

一般在生產光伏組件時都會附上說明，嚴禁站在太陽能電池板的玻璃面上作業，避免玻璃破裂，造成傷害。

同時注意在白天或陽光下施工時，交大藍天專業安裝人員建議採用黑色的不透光的材料遮蓋太陽能電池板，防止點擊傷人，造成人身事故或引起火災等。

F. 光伏發電配置

太陽能發電系統(離網戶用型)配置方法我們有先進的生產檢驗設備和實力雄厚的研發團隊、專業的質檢團隊和優秀的業務銷售團隊為你排憂解難！

一、控制器的配置演算法控制器的電壓跟逆變器電壓要相同，跟太陽能板連接後的輸出電壓等級相同，然後就算電流；

電流的大小根據太陽能發電板的功率決定的，比如四個200W的太陽能板，不管怎麼樣接法，總功率是800W,假設連接後輸出電壓等級為24V,那電流就是800/24=33A,也就是要大於33A的充放電控制器，我們就可以選擇24V/40A的充放電控制器；
強調：控制器的大小是由太陽能發電板決定的；也就是充放電控制器的功率(電壓*電流)要大於或等於所有發電板的總功率；

二、逆變器的演算法逆變器的大小是由負載決定的，也就是由後面所帶的設備來決定的，但設備分為感性負載和阻性負載，感性負載是指電機，風機，水泵，空調等開機會動的設備，這些設備開機時會有4到7倍的沖擊電流(變頻啟動的除外，變頻啟動的無影響),算這些設備時，至少要按4倍的功率來計算；阻性負載是指那些開啟時沒有或很小的沖擊電流的，如電燈，電腦，顯示器等；這些設備就按原功率計算就可以了；

逆變器的選擇要至少比後端所帶的設備放大後的最大功率還要大；比如帶一個1KW的水泵和一台1KW的電腦，那水泵會有4倍以上的沖擊，電腦不會，那就要最大功率有4+1=5KW,所以逆變器至少要6KW以上的；

三、電池的演算法

電池的選擇也是取決於後面帶的設備功率大小和需要電池供電時間的長短；

功率是後面帶的所有設備的功率總和，但不要計沖擊，因為開機沖擊只是很短的時間，對電池影響不大；

公式為：(總功率/直流電壓)*時間=單節電池的容量；電池節數=直流電壓/單節電池電壓；

舉例子：負載有一台1KW電機，一台1KW電腦，要應急供電2小時，那總功率就是2000W,如果直流電壓是24V,單節電池電壓是12V;

電池容量=(2000/24)*2=166,也就是要用180AH/12V的電池了；電池節數=24V/12V=2節；所以這個案子就要用180AH/12V的電池2節；

四、太陽能電池板的配置：

方案一：太陽能電池板只是給電池充電，這個就決定於電池的容量和電壓了；

(舉例子一：用的是100AH/12V的電池一節；按一天5個小時的足太陽計算，就必須要20A的充電電流，20A*12V=240W;也就是太陽能板必須要大於或等於12V/240W的太陽能電池板；)

方案二：用戶希望在太陽能足夠時，能直接太陽能電池板直接經過逆變器輸出，那就必須太陽能電池板的功率大於等於負載功率；直流電壓等級范圍跟逆變器輸入的直流電壓等級相各個地方

G. 目前光伏並網發電設備中常用的MPPT（最大功率點）跟蹤的方法有哪些

一般常用擾動觀察法（P&O),導納增量法（INCond）。
還有並聯功率補償法；結合常規演算法的復合MPPT演算法；電流掃描法；短路電流脈沖法；Fibonacci搜索法；基於狀態空間的MPPT演算法等。
詳細內容可參考http://wenku..com/view/39cec41eb7360b4c2e3f6439.html