為了使太陽能光伏電池板輸出最大功率，需要對光伏電池輸出功率進(jìn)行跟蹤，即為最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT，maximumpowerpointtracking）［1－4］。MPPT技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，是提高效率、降低成本的關(guān)鍵技術(shù)，也是光伏系統(tǒng)不同于其它發(fā)電形式的特點(diǎn)之一。當(dāng)日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度變化時(shí)，光伏電池的輸出電壓和電流呈非線性關(guān)系變化，其輸出最大功率點(diǎn)（MPP，maximumpowerpoint）也隨之改變。隨時(shí)跟蹤最大功率點(diǎn)才能充分利用光伏電池的容量，提高整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)需要保證系統(tǒng)不論在何種日照及溫度條件下，始終使光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)處，并且是動(dòng)態(tài)跟蹤。已有的MPPT方法，如恒定電壓控制法、擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法等［5－6］。

為了盡可能提高整個(gè)光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，本文將恒定電壓控制法與擾動(dòng)觀察法結(jié)合在一起，對光伏電池最大功率點(diǎn)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地跟蹤，通過仿真研究進(jìn)行了驗(yàn)證。采取直流升壓－逆變的兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是無隔離變壓器光伏逆變系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)［7－8］，其中，MPPT控制主要由直流升壓電路實(shí)現(xiàn)，而功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路是直流升壓電路的核心技術(shù)。本文最后提出了直流升壓電路及其功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)的硬件設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)電路的性能測試。

1MPPT仿真研究

在一特定日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，太陽能光伏電池板的輸出功率／電壓特性曲線如圖1所示。圖1中，橫坐標(biāo)為光伏電池板輸出電壓U（單位為V），縱坐標(biāo)為光伏電池板輸出功率P（單位為W），光伏電池板輸出最大功率Pmax對應(yīng)的輸出電壓為Um。光伏電池板輸出最大電壓即為其開路電壓。一般而言，最大功率Pmax所對應(yīng)的輸出電壓Um為其開路電壓的80％左右。恒定電壓控制法正是基于這種特性，控制其輸出電壓為開路電壓的80％，直接得到最大功率點(diǎn)MPP。很顯然，這種方法雖然快速，但并不是很準(zhǔn)確。擾動(dòng)觀察法，俗稱為爬山法，逐步搜索，直到爬到山頂，即最大功率點(diǎn)，這種方法比恒定電壓控制法準(zhǔn)確，但若起始搜尋點(diǎn)離MPP較遠(yuǎn)則尋找速度稍顯慢。本文研究將以上兩種方法結(jié)合在一起，利用光伏電池板的特性，將起始工作點(diǎn)取為開路電壓的80％電壓點(diǎn)，然后再用擾動(dòng)觀察法搜尋MPP。圖2為仿真結(jié)果，從仿真結(jié)果中看出，該方法僅用0．2s就跟蹤上MPP，它結(jié)合了恒定電壓控制法與擾動(dòng)觀察法的優(yōu)點(diǎn)，對光伏電池最大功率點(diǎn)進(jìn)行了快速、準(zhǔn)確地跟蹤。

2硬件電路設(shè)計(jì)

直流升壓－逆變的兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，其中，MPPT控制主要由直流升壓電路實(shí)現(xiàn)。圖3中，功率開關(guān)管S1為IGBT，由控制器通過驅(qū)動(dòng)電路對S1進(jìn)行控制，功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路是直流升壓電路的核心技術(shù)，本文提出了一種單電源、帶隔離的方便、實(shí)用的驅(qū)動(dòng)電路，如圖4所示。圖4中，直流升壓電路設(shè)計(jì)中，IGBT選擇型號為IRG-PS60B120KDP，即60A／1200V。驅(qū)動(dòng)芯片選擇MC33153D，單電源供電，對小功率IGBT驅(qū)動(dòng)簡單、實(shí)用。由于該驅(qū)動(dòng)芯片不具有隔離功能，從控制器發(fā)出的脈寬調(diào)制信號（PWM，pulsewidthmodulation）信號需經(jīng)過快速光耦6N139送給驅(qū)動(dòng)芯片MC33153D的輸入端，即管腳4。另外，該驅(qū)動(dòng)芯片還具有IGBT故障報(bào)錯(cuò)功能，錯(cuò)誤信號輸出端為其管腳7，經(jīng)一普通快速光耦TLP－521－1送給控制器。

3驅(qū)動(dòng)電路測試

根據(jù)所提出的直流升壓電路及其功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)的硬件設(shè)計(jì)，對驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行性能測試。測試結(jié)果如圖5、6所示。圖中，上面一條黃色的曲線為IGBT集電極C與發(fā)射極E兩端的電壓信號，下面一條藍(lán)色的為IGBT門極PWM信號，PWM信號為高時(shí)，IGBT導(dǎo)通，這時(shí)CE兩端電壓降為零。圖5為IGBT導(dǎo)通測試波形，從圖5中看出，IGBT導(dǎo)通時(shí)間為180ns，PWM信號響應(yīng)時(shí)間為160ns。因此，從IGBT收到控制器的PWM信號到IGBT導(dǎo)通整個(gè)過程的延時(shí)為340ns。圖6為IGBT關(guān)斷測試波形，從圖6中看出，IGBT關(guān)斷時(shí)間為680ns，PWM信號響應(yīng)時(shí)間為280ns。因此，從IGBT收到控制器的PWM信號到IGBT導(dǎo)通整個(gè)過程的延時(shí)為960ns。從測試結(jié)果看出，所設(shè)計(jì)的IGBT驅(qū)動(dòng)延時(shí)小、性能好，導(dǎo)通時(shí)間小于0．4μs，關(guān)斷時(shí)間小于1μs。

4結(jié)束語

1）MPPT仿真結(jié)果表明，本文提出的MPPT方法結(jié)合了恒定直流電壓控制與擾動(dòng)觀察法的優(yōu)點(diǎn)，對MPP進(jìn)行快速、準(zhǔn)確跟蹤。2）從IGBT測試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的直流升壓電力電子開關(guān)IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好。3）IGBT驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)簡單、實(shí)用，滿足小功率光伏逆變直流升壓電路的要求。