电导增量法是利用光伏方阵输出的动态电导值(dI/dU)与此时的静态电导的负数(-I/U)相比较,以判断调节光伏方阵输出电压方向的一种MPPT的方法。它通过调整工作点的电压,使之逐渐接近最大功率点电压来实现最大功率点的跟踪。而电导增量法避免了扰动观测法的盲目性,它能够判断出现工作点电压与最大功率点电压之间的关系。控制策略如下:
这样可以根据dI/dU与-I/U之间的关系来调整工作电压而实现最大功率点跟踪。这里同样引入一个参考电压Uref,电导增量法的流程图如图6-8a所示。图中Uk、Ik是新测量出的值,再根据这两个值计算电流和电压的变化。由于dU是分母,因此先要判断dU是否为0,如果电压没有变化,且电流也没有变化,那么就说明不需要进行调整;如果电压没有变化,而dI不为0,那么就根据dI的正负对参考电压进行调整。假如dU不为0。再根据控制测量中的三个关系式对参考电压进行调整。采用电导增量法,对工作电压的调整不再是盲目的,而是通过每次的测量和比较,预估出最大功率点的大致位置,再根据结果进行调整。这样在天气情况有较快变化的时候,就不会出现扰动观察法中的工作点偏离的情况。由此看来电导增量法较扰动观察法更为有效。但是由于采用电导增量法需要的计算量较大,而且在计算过程中,需要记录的数据比扰动观察法要多,因此对系统的性能要求较高。如要不能采用高速处理器,它的优势并不能体现出来。当传感器的精确度有限时,满足dI/dU=-I/U的概率是有限的,将不可避免地产生误差,实现比较困难。
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图6-8 电导增量法控制流程图
采用电导增量法进行最大功率跟踪过程中,是通过调节电路的占空比来实现光伏阵列的工作点电压的控制,从而达到最大功率的跟踪。然而通过光伏电池的U-I曲线和U-P曲线可以看出,工作在恒压源区和恒流源区是改变相同步长的工作电压对光伏电池的输出功率改变是不同的。在恒流源区内,输出电流对工作电压的改变敏感度很低,而在恒压源区对电流的影响却是非常明显。为了能够更快、更精确地追踪到光伏电池的最大功率输出的工作电压电流,需要对跟踪的方法进行改进。
根据相同工作电压变化量在恒压源区和恒流源区的不同影响效果,对两个区内电压变化的步长作适当调整,提高最大功率跟踪的效率。经过测试,通常使用的光伏电池的最大功率点电压一般为其开路电压的0.75~0.85倍,所以恒流源区与恒压源区电压范围的比例关系大概是4∶1。如果判断出当前光伏电池工作于恒压源区时,其工作电压肯定大于最大功率点电压,要朝着减小工作电压的方向变化,取它的电压变化步长为ΔU。反之,如果判断出当前光伏阵列工作于恒流源区时,其工作电压肯定小于最大功率点电压,要朝着增大工作电压的方向变化。为了提高跟踪速度,取它的电压变化步长为4ΔU。为了提高最大功率跟踪的精确度,在一定的温度和光照强度时,当光伏的输出功率与当前条件下所能达到的最大功率接近到一定程度时,对它的跟踪步长ΔU进行调制,将ΔU适当变小,使其更精确的跟踪最大功率。在实际运行中,光照强度突然发生变化的瞬间,光伏电池两端的工作电压不会发生明显变化,相反,光伏电池的输出电流会发生瞬间的明显变化。根据这一特点来判断ΔU应采用大步长值ΔU2还是小步长值ΔU1。在系统控制参数的设计时,需要根据具体的光伏电池参数,来确定工作电流的变化量的值作为判断标准。改进后的电导增量法流程图如图6-8b所示。
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