【干货】光伏逆变器动态MPPT效率测试详解

光伏并网控制系统的最大功率点跟踪（MPPT）方法光伏并网控制系统的最大功率点跟踪(MPPT)方法【大比特导读】最大功率点跟踪(MPPT)是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。

本文首先介绍了光伏组件的输出特性，然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法，并总结3种方法各自的特点和不足。

摘要：最大功率点跟踪(MPPT)是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。

本文首先介绍了光伏组件的输出特性，然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法，并总结3种方法各自的特点和不足。

关键字：光伏发电系统，最大功率点跟踪，MPPT控制方法1 引言日本福岛核电站事故之后，多国陆续宣布暂停核电建设，而太阳能是永不枯竭的清洁能源，并且更加稳定、安全。

据国家权威数据，在“十二五”期间，中国光伏发电装机容量达到2000万千瓦。

但由于光伏组件本身特性的非线性，受环境温度、日照强度、负载等因素的影响，均会使其输出最大功率点发生变化，导致光伏组件转换效率很低。

而所有光伏发电系统均希望光伏组件在相同日照、温度条件下输出尽可大的功率，这就提出了对光伏组件最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的问题。

本文首先讨论了光伏组件本身的P-V，I-V特性，以及温度、光照的影响;然后具体分析了几种常用的MPPT控制方法，并对3种MPPT控制方法作简单的比较。

2 光伏组件的特性A. 物理数学模型根据半导体物理学理论，太阳能组件的等效物理模型如图1所示。

其中：IPH 与日照强度成正比的光生电流;I0 光伏组件反向饱和电流，通常其数量级为10-4A;n 二极管因子;q 电子电荷， ;K 玻尔兹曼常数， J/K;T绝对温度( K);RS光伏组件等效串联电阻;RP光伏组件等效并联电阻;式(1)中参数IPH、Io、Rs、RP、n与太阳辐射强度和组件温度有关，而且确定这些参数也十分困难。

B. 温度、光照对输出特性的影响受外界因素(温度、光照强度等)影响，光伏组件输出具有明显的非线性，图2、图3分别给出其I-V特性曲线和P-V特性曲线。

如何测试逆变器MPPT最大功率点追踪功能艾德克斯最新推出高速高性能光伏/太阳能仿真电源，是新能源测试领域的又一关键产品，可完成高性能的太阳能电池板输出仿真，为太阳能逆变器、光伏控制器及微网设备提供测试。

 无论石油资源即将枯竭是否是个伪命题，发展可再生能源、清洁能源都是全球性共识。

中国光伏产业曾因欧盟反倾销而遭受重创，但随着国内光伏装机容量的大幅增长而重现繁荣。

截止2016年底，全球累计光伏安装量达305GW，中国累计光伏并网容量达77 GW，中国光伏发电的新增和累计装机容量均为全球第一，中国本土成为光伏产业最大市场。

中国企业如晶科、华为等在光伏组件及逆变器等关键设备领域的出货量也稳居全球第一。

 按照中国在巴黎气候峰会上的承诺，到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%—65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右。

光伏作为非化石能源的重要一项，在实现这个总体目标的路径上，有这样几个关键词：分布式、领跑者、去补贴。

 分布式：中国的太阳能资源丰富区主要分布于北部及高海拔地区，但电力负荷需求则较集中在东部沿海地区。

大规模太阳能发电站常建设于资源丰富区，电能消纳问题严重，“能发不能送” 导致了巨大的浪费。

而在负荷周边建设自发自用、余电上网的分布式光伏成为解决消纳问题的有力方法。

先找到能可靠消纳光伏发电量的负荷，再建光伏电站。

作为精准扶贫的重点手段，光伏扶贫项目也常采用分布式系统。

光伏系统的规模依负荷需求及可用占地面积而定，家用系统在几千瓦，商业及工业负荷系统常在几十千瓦至几兆瓦规模。

同时分布式系统常建设于屋顶等位置，光伏组件朝向及受遮蔽情况复杂，因而常选用组串式逆变器方案以求最大的发电效率。

光伏逆变器MPPT效率测试步骤方法在现实生活中，由于阳光照射角度、云层、阴影等多种因素影响，光伏阵列接受到的阳光辐照度和相应温度在不同的条件下会有很大的差别，比如在早晨和中午，在晴朗和多云的天气下，特别是云层遮掩的影响，可能会造成短时间内辐照度的剧烈变化。

因此对于光伏逆变器而言，其必须具备应对阳光辐照度持续变化的策略，始终维持、或者是在尽可能短的时间内恢复到一个较高的MPPT精度水平，以及较高的转化效率，才能在现实生活中实现良好的发电效果。

目前光伏逆变器行业中各大厂商对于静态MPPT追踪算法的处理基本都展现出了很高的水准，可以精确地维持在非常接近100%的水平，为后端直流转交流的过程提供了良好的基础。

这一点也体现在各个型号的逆变器的总体效率参数上，标称值一般都很高。

而在逆变器实际的工作环境中，日照、温度等外部条件是处于实时动态变化的过程中，逆变器在这样的条件下工作，其动态效能也就成为了衡量其实际性能的不可忽视的重要指标。

在实验室的测试环境下，光伏模拟器作为可以直接模拟各种类型、各种配置的光伏阵列的高效模拟器，已经被广泛地应用于逆变器的测试。

但此前的测试更多地集中于模拟各种静态条件下（即在测试过程中维持给定的IV曲线不变化），或者是有限的低强度变化（如测试过程中会在给定的两条或数条IV曲线之间切换），较少涉及长时间、高强度的真实工作状况的模拟。

笔者关注使用光伏模拟器来模拟光伏阵列随时间而发生动态变化的输出，探究此动态MPPT测试功能的实用性和其中需要注意的要点。

由于动态天气的组合方式几乎无穷无尽，因此首要的问题是光伏模拟器提供了哪些典型类型的天气文档，以及是否有足够的灵活度来供客户自行生成新的天气文档，是否提供足够高的时间分辨率来支持快速的辐照度变化。

我们以光伏模拟与测试业内的知名品牌阿美特克ELGAR的光伏模拟器产品为例，其提供了晴天、多云、阴天等状况的典型天气情况实例（如下图1），另外支持直接在软件内制定或者通过外部数据处理软件（如EXCEL）生成自定义天气文档，时间分辨率为1秒。

基于HPSO算法光伏并网逆变器MPPT技术研究随着可再生能源的迅速发展和更新技术的出现，光伏发电逐渐成为一个重要的发展方向。

墨尔本大学的研究人员在这个领域使用了HPSO算法，探索了逆变器的最大功率点跟踪（MPPT）技术，以实现在各种条件下实现最优性能。

1、光伏并网逆变器的原理光伏发电系统中，逆变器是一个非常重要的组成部分，因为它们将直流电转换为交流电，并将其发送到电网中实现共享。

逆变器必须掌握光伏系统输出功率的虚实分量，并通过控制电流和电压来保证其最佳操作。

逆变器的MPPT功能就是帮助系统找到该点，使其在不同的光照条件下都能达到最大功率输出。

2、MPPT技术的分类在实现MPPT功能方面，有各种各样的算法，其中最常见的是Perturbation and Observation（P&O）算法。

这个算法简单易懂，但是存在收敛到错误点的问题，也有其他算法，例如Fuzzy Logic Control（FLC）和Hill Climbing Search（HCS）等。

这些算法中的每一个都有其优缺点，通过研究这些算法，我们可以选择最适合特定环境的算法。

3、HPSO算法随着领域的发展，新的算法不断被引入用于光伏系统的操作效率的提高，其中包括HPSO算法。

HPSO算法是一种基于粒子群优化的算法，其基本思想是通过所有粒子的协作优化来达到全局最优解。

HPSO算法随机初始化一组粒子，然后执行对每个粒子的权重的计算。

这个过程需要让每个粒子扫描解域，同时监测所有粒子的最优解，并将其使用在进一步的搜索中，以实现更深入的优化，最终达到全局最优解。

通过使用HPSO算法对光伏逆变器进行目标功率点跟踪（PPT）的研究，与其他算法相比HPSO算法展现出许多优势。

例如，HPSO算法能够有效地避免被他处峰值或秒级短周期波动打断的问题，这是可靠和可重复的PMPT技术非常重要的因素。

4、实验为了研究HPSO算法的应用，研究人员设计了一种具有MPPT功能的光伏并网逆变器。

实验名称：光伏并网逆变器的逆变效率试验一、实验目的：光伏并网逆变器的效率是决定光伏并网发电系统整体效率的重要参数。

对其进行全面、有效的评估与测定，无论是对于光伏并网工程设计中逆变器的选取还是对于科研中逆变器的研究都具有重要的意义。

二、实验原理：一个光伏并网逆变器由两部分组成，最大功率点追踪部分（从光伏阵列获得最大功率MPP P ），和DC-AC 变换部分（将直流电dc P 变换为交流电ac P ）。

（一）最大功率点跟踪效率（MPP-tracking efficiency ）MPPT 效率，包括MPPTstat η与MPPTdyn η，指一段时间内，逆变器从太阳能电池组件获得的直流电能与理论上太阳能电池组件工作在最大功率点在该时段输出的电能的比值。

静态最大功率点跟踪效率MPPTstat η，表征当太阳能电池输出特性曲线一定时，逆变器在多大程度上可以跟踪到太阳能电池的最大输出功率。

而动态最大功率点跟踪效率MPPTdyn η可以用来衡量当太阳能电池输出曲线复杂多变情况下，逆变器对最大功率点跟踪的响应速度。

MPPT 效率的数学计算公式为：00()()MM T dc MPPT T MPPP t dtPt dt η=⎰⎰ 其中，()dc P t 表示逆变器从太阳能电池获得的实时功率；()MPP P t 表示太阳能电池理论上提供的实时的最大功率点功率。

（二）转换效率（Conversion efficiency ）转换效率concv η是指，一段时间内。

逆变器交流输出端输出的电能与直流输入端输入的电能的比值。

其数学表达式为：0()()MM T ac conv T dcPt dt Pt dt η=⎰⎰ 其中，()ac P t 表示逆变器AC 输出端子输出的实时功率；()dc P t 表示逆变器DC 输入端子输入的实时功率。

（三）总效率（Overall efficiency ）总效率t η表示，一段时间内．逆变器交流输出端输出的电能与理论上太阳能电池组件工作在最大功率点在该时间段输出的电能的比值，从定义可知：00()()MM T ac t conv MPPT T MPP P t dtP t dt ηηη=⋅=⎰⎰ 理论上的最大功率点跟踪效率、转换效率和总效率的计算公式如上所示，但是在实验过程中，无法得到()ac P t ()dc P t ()MPP P t 的表达式，只能测得其瞬时值，因此无法通过以上表达式计算出各个效率。

对MPPT和孤岛检测设备的要求一、概述n在光伏逆变电源的研发过程中，有多个关键技术点都是容易算法实现但难于验证，例如MPPT和孤岛。

n为了验证算法有效性和可靠性，通常需要外部的辅助设备进行测试。

MPPT什么是最大功率点MPPn太阳能光伏阵列的输出特性具有非线性的特点，并且输出受太阳幅照度，环境温度和负载影响，只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点（MPP-maximum power point）。

为了有效的利用光伏电池，对光伏发电进行最大功率点的跟踪就显得尤为重要。

MPPT-最大功率点追踪n MPPT的工作原理为:在一个规定的周期内，微处理器定期地主动调节PWM的占空比D，改变太阳能电池的输出电流，从而引起太阳能电池的输出电压变化，检测太阳能电池输出电压及输出电流，计算出太阳能电池阵列的输出功率，然后根据最大功率点跟踪策略寻找最大功率点的位置。

最大功率点的追踪算法一般采用搜索算法追踪最大功率点，通过直接测量得到的电信号判断最大功率点的位置，从而进行追踪。

包括：n扰动观察法--通过不断扰动太阳能光伏系统的工作点来许找最大功率点的方向，先扰动输出电压值然后测量其功率变化，与扰动前的功率相比，如果功率值增加，则表示扰动方向正确，否则则重新设置扰动电压值。

n增量电导法--dP/dV=0 时为最大功率点n恒定电压法—Vmpp/Voc=常数n短路电流法—Impp/Isc=0.91n扰动观察法的改进自适应算法—传统的扰动观察法容易使系统产生振荡，难以选择合适的步长来进行扰动，步长小跟踪时间长影响系统的动态响应特性，步长过大输出功率波动变大，稳态误差变大，所以通过加入步长自动在线调整器来保证系统的动，稳态性能。

太阳能电池阵的特性n太阳能电池阵的输出特性与标准直流电源输出特性的不同之处在于，太阳能电池的输出曲线是圆滑的曲线，而标准电源输出曲线是矩形。

1.4.5 MPPT 跟踪效率与转换效率测量光伏系统工作时，太阳电池在一定的温度和日照强度下具有唯一的最大功率点，当太阳电池工作在该点时能输出当前温度和日照条件下的最大功率。

但由于太阳电池的输出特性受负荷状态、日照量、环境温度等因素的影响、太阳电池阵列的电压和电流均发生很大的变化，从而使输出功率不稳定，即最大功率点时刻变化。

为了充分利用太阳能以获取最大功率输出，必须跟踪、控制太阳电池的最大功率点、最大限度地利用太阳能。

逆变器转换效率是选购光伏逆变器的核心参数之一，转换效率的高低决定了逆变器的品质,对新能源产业的发展起着不可小觑的作用。

目前，大多是太阳能电池的转换效率仅有10%-20%左右，在此背景下，提升光伏逆变器的效率，对于提升太阳能并网发电系统的整体效率显得至关重要。

高效率且具有低成本效益的逆变器成为评定太阳能发电系统优劣的关键指标。

1． NB/T 32004-2013测试标准根据NB/T 32004-2013的要求，MPPT 效率包括动态MPPT 效率和静态MPPT 效率，测量方法按EN 50530-2010的要求进行或参见NB/T 32004-2013附录K 。

●静态最大功率点跟踪效率的测试要求根据NB/T 32004-2013标准，静态最大功率跟踪效率计算公式如下MPVS MPP DC DC MPPT T P TI U ，∑=∆=n 1i i ,i ,sta ,η式中：值；逆变器输入电压的采样—i ,DC U值；逆变器输入电流的采样—i ,DC I大功率输出；从光伏方阵中得到的最—PVS MPP P ,）；周期（不大于连续两个采样值之间的—ms 20T ∆）。

总采样周期（不小于—min 10M T 静态最大功率点跟踪效率反应的是在给定静态PV 组件的特性曲线上，逆变器调节跟踪最大功率点的精度。

注:i ,DC U 和i ,DC I 必须是同一时间的采样值。

●动态最大功率点跟踪效率的测试要求根据NB/T 32004-2013标准，动态最大功率跟踪效率计算公式如下∑∑∆∆=ii ,i ,j i ,,1T I U T ηDC DC PVS MPP MPPT,dyn P 式中：的采样间隔；—j ,,j PVS MPP P T ∆值逆变器输入电压的采样—i ,DC U的采样间隔；、—i ,i ,i DC DC I U T ∆值逆变器输入电流的采样—i ,DC I大的功率输出从光伏方阵中得到的最—，i ,PVS MPP P所以MPPT 动态最大功率跟踪效率测量，我们应该测出太阳电池输出的电压电流及最大功率输出，并进行上述公式的计算，才能得出结论。

光伏发电系统中的动态MPPT算法研究近年来，光伏发电系统逐渐成为可再生能源领域的热门研究方向，其在可持续发展和减少对传统能源的依赖方面具有巨大的潜力。

然而，光伏发电系统的效能受到多种因素的影响，如天气条件、温度变化和阴影等。

为了最大化光伏发电系统的发电效率，研究人员采用了各种最大功率点跟踪（MPPT）算法。

其中，动态MPPT算法是一种研究热点，旨在实时监测、调整和优化光伏发电系统的工作状态，以提高其整体性能。

动态MPPT算法的研究是为了解决传统MPPT算法在变化环境下性能不稳定的问题。

传统MPPT算法通常假设光照条件和系统参数是恒定的，而实际工作环境中，光照强度、温度和电池状态等因素经常发生变化。

因此，设计一种适应性强且稳定性较好的动态MPPT算法对于改善光伏发电系统的效能至关重要。

首先，动态MPPT算法需要一个准确且快速的控制策略，以实时获取光伏发电系统的工作特性。

其中，大部分算法都会使用电池电压和电流来确定最大功率点位置，从而调整光伏板的工作电压和电流输出。

然而，动态MPPT算法相比于传统MPPT算法，更加关注不同光照和温度条件下的系统性能，因此需要更加准确和快速的控制策略。

其次，动态MPPT算法需要考虑光伏发电系统的稳定性和可靠性。

光伏发电系统通常安装在户外环境，这意味着它会受到各种不稳定因素的影响，如风、雨、雪、尘等。

为了保证系统的稳定运行，动态MPPT算法需要在不同的气候条件下进行充分的测试和验证，并针对性地调整控制策略，以保证光伏发电系统能够在不同的环境中实现最佳性能。

此外，动态MPPT算法还需要考虑能耗和成本的问题。

对于光伏发电系统，虽然光伏电池阵列是可再生能源，但监测和调节算法所需的能耗是不可忽视的。

因此，设计一种能够在提高系统性能的同时降低能耗和成本的动态MPPT算法，对于实际应用具有重要意义。

最后，动态MPPT算法需要满足实时性的要求。

光伏发电系统是一个动态的系统，其性能受到外部环境的影响，因此及时地收集和处理数据对于实现最优性能至关重要。

光伏逆变器特有功能测试知多少？随着新能源观念的普及，光伏发电的应用越来越广。

光伏逆变器是光伏发电系统的重要组成部分，与其相关的业界标准亦在不断的设立与完善，尤其是针对其一些特有功能提出了测试要求。

本文将会为大家介绍这些特有功能及如何对其进行测量的。

一、光伏逆变器是什么逆变器是一种将直流电转换成交流电的设备，其应用范围十分宽广。

而光伏逆变器，则是针对光伏发电系统而设计的一种特种逆变器。

光伏发电的核心是利用光伏组件（就是人们常说的太阳能电池板）将太阳能转化为电能，但由于光伏组件只能生成直流电，且大小与阳光强度有关，难以直接利用，因此需要将这种直流电通过光伏逆变器转换成我们常用的交流电，方便电力的传输与利用。

图1-1太阳能发电系统原理1、光伏逆变器与普通逆变器的区别既然光伏逆变器的作用是把直流电转换成交流电，那么可否用普通逆变器替代使用？答案自然是否定的。

术业有专攻，光伏逆变器与普通逆变器相比，区别体现在其具备最大功率点跟踪（MPPT）功能与针对电网安全的低电压穿越能力。

2、寻求输入功率最大化：MPPT正如光伏发电原理中所提到的，光伏组件的发电能力是随着阳光强度、温度和其他环境因素变化的，在不同日照强度下都存在一个最大功率输出点。

光伏逆变器通过MPPT模块，控制自身输入端（即光伏组件输出端）的工作电压大小，使得光伏组件工作在最大功率点输出状态下，实现光伏逆变器的最大功率输入，提高阳光的利用率。

图1-2最大功率点跟踪3、MPPT效率评估专家：PA功率分析仪过去测试人员在进行MPPT效率评估时，需要先用功率分析仪测试出一段时间内的光伏逆变器输入功率的积分，然后再通过公式人手计算出MPPT效率，测试效率低下。

PA6000功率分析仪具备动态与静态MPPT效率测量功能，在积分模式下可实现MPPT 效率的高精度自动测量，直接显示效率测量结果，节省了人工处理数据的时间。

图1-3PA6000功率分析仪-MPPT效率测试4、电网稳定的卫士：低电压穿越能力任何并网型的光伏逆变器，都必须具备低电压穿越能力。