目前光伏电池光电转换效率较低,其输出功率更受到环境温度和光照强度的制约。为提高光伏系统综合利用率,需在光伏电池与外部负荷之间施加性能优良的最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制策略;另一方面,因受重庆地区多云雾、寡日照气候影响,光伏输出功率的波动性和间歇性很大,为保证电负荷稳定运行,有必要引入蓄电池组作为能量缓存设备,并引入外部电源作为光伏发电系统的补充电源。首先,本文在Matlab中建立光伏电池数学仿真模型,并分析了光伏电池的P-U输出特性曲线,在此基础上提出基于初值设定双模式电导增量法(INC)的光伏MPPT控制算法;然后,对本文所提算法进行数学推导,分析了光伏电池开路电压Uoc与光照强度S的关系以及参考电压初值设定对MPPT追综速度的影响;其次,设计了硬件实现电路并进行了实验验证。再次,针对重庆地区,为弥补其离网式光伏发电系统自身缺陷,本文设计了光伏-市电联合供电系统;最后,对其结构进行说明并给出了切换电路,在阻性负载下对切换控制策略进行了实验。实验结果表明:(1)计算机辅助仿真环境下,光照度两次突变时,本文所提MPPT控制策略追踪时间分别为0.27s和0.15s,追综效率MPPT达98.72%;与未加本文控制策略的光伏系统相比,电能提高百分比MPPT为6.09%,验证了本文所提算法的正确性。(2)室内精确可控环境下,与未施加本文控制策略相比,本文所提MPPT控制策略在弱光照下MPPT达3.90%、追综效率MPPT为95.69%;在强光照下MPPT达3.72%,追综效率MPPT为97.82%;环境突变条件下,施加本文控制策略后,追踪时间提高0.98s,MPPT达3.67%,追综效率MPPT为95.87%。表明本文所提MPPT控制策略的环境适应性较强且减少了稳态震荡。(3)室外环境下进行交叉验证实验,结果表明:与未施加本文控制策略相比,本文所提MPPT控制策略在启动性能、动态性能以及负载突变情况下的性能均得到改善,追踪时间缩减,抗干扰能力增强,对光伏工程应用具有一定的指导意义。(4)设计并制作了一套"光-储-市电"联合供电系统,实验结果表明,在联合供电控制策略下,系统可实现供电电源的稳定切换,切换时间小于0.7s,电能质量和切换时间符合GB/T14048.11-2002《自动转换开关电器》国家标准;最后,评估了联合供电系统的运行经济效益。
