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摘要：追踪直流微电网光伏发电最大功率点至关重要，是直流微电网光伏发电系统获得最大输出功率的关键所在。本文简要分析了直流微电网光伏发电最大输出功率的影响因素，阐述了直流微电网光伏发电最大功率点追踪的意义，介绍了直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法。
关键词： 直流微电网；光伏发电；意义；最大功率点；追踪方法；
随着不可再生能源的日益减少，地下能源开采对环境的不断破坏，环境不断以“极端”的手段如沙漠化、飓风、洪涝等反击人类对自然的挖掘。因此，低碳经济和人类可持续发展要求探索更高效能的可再生能源和电能高效利用技术[1]，微电网逐渐走入人们的视线。微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。以直流方式传输的就电直流微电网。直流微电网的电压等级与微网容量、分布式电源容量等因素有关，当微网容量一琮的情况下，直流微电网的电流与电力等级成反比。而且直流微电网不受分布式电源同步性控制，不受电压调整、电压闪变、三相不平衡、及谐波的影响，电能质量不受冲击电流，单相负载，单相发电机影响，具有较强的稳定性。直流微电网在一般应用在办公楼用电、海岛供电等方面。直流微电网属于混合的多电源网络，电源类型有风力发电、光伏系统、燃料电池、水力发电及生物质能发电等，光伏发电只是其中之一。由于直流微电网光伏发电技术具有低碳环保、充分利用可再生能源、极强的运行稳定性等优点，越来越受到高新技术的青睐，并逐步向便携式电源方向发展。成为电子产品、电动汽车等光伏电池蓄电的主要技术。由于直流微电网中占主要能源架构的光伏发电容易受到光照辐射强度等因数变化干扰降低输出功率，因此追踪直流微电网光伏发电最大功率点，确保光伏发电始终以最大功率运行变得十分关键。在此介绍几种直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法，有助于光伏发电系统根据实际情况进行选择。
一、影响直流微电网光伏发电最大输出功率的因素
直流微电网光伏发电技术具有无污染、无噪声、可再生等优点，而且不会存在无功损耗，使得光伏发电技术得到广泛应用，为电子产品、LED灯具以及电动汽车提供了优良的动力。但是，光伏发电技术同样会受到不利因素的干扰而降低输出功率，影响直流微电网光伏发电技术的最大发挥。这些因素主要有温度、光照强度以及遮挡等环境因素，而且由于光伏发电系统在动态跟踪的快速性、稳态跟踪精度，以及系统长期工作时寻优跟踪能力等方面仍显不足，再加上光伏电池本身具有P-A曲线的非线性，系统老化，参数变异[2]等因素，都是影响直流微电网光伏发电最大输出功率的因素。
二、直流微电网光伏发电最大功率点追踪的意义
为了最大限度的获取电能量，满足直流微电网供电电源与负荷的平衡性。直流微电网系统需在最短时间内准确捕捉光伏电池组件的最大功率，以保证直流微网的输出功率，实现直流微电网光伏发电的最大效率。而保持直流微电网光伏发电的最大效率需要一定的技术支持，因此，追踪直流微电网光伏发电最大功率点的方法就成为技术关键，根据追踪光伏发电最大功率点的方法，研究影响最大功率点的因素，研制保持光伏发电最大功率点的仪器设备，使光伏发电始终以最大功率运行，对于提高光伏发电的应用效果，提高其运行稳定性具有十分重要的意义。
三、直流微电网光伏发电最大功率点追踪的方法
实现直流微电网光伏发电最大功率点追踪分为两级式追踪和单级式追踪，其中两级式较常用。在两级式中，最大功率点追踪可以由前级的BOOST（光伏电池组件配置）完成，也可以后级的控制器（或逆变器）完成。直流微电网光伏发电最大功率点追踪对提高系统运行具有重要作用，现介绍几种光伏发电最大功率点的追踪方法。
3.1直流微电网PV端最大功率点追踪方法
此种方法是针对PV端直流微电网DC/DC电路，存在以PV发电为主的多种分布式电源，如办公楼用电，其特点微电网既能独立供电，也能与交流电并网直同供电。这种直流微电网PV端光伏发电最大功率点追踪方法是利用PV端DC/DC电路占空比和PV电压的简明函数关系，基于P-U曲线，把占空比和PV电流作为输入变量，利用曲线斜率K及其相关参数来判断、搜寻PV最大功率点。这种追踪方法在直流母线电压稳定的直流电网系统中[3]，无需PV电压传感器就可实施光伏发电最大功率点控制，操作简单，应用可靠性高，可以由控制器（或逆变器）的个体和组串进行分别跟踪，因此，这种方法对多控制器（或逆变器）的组串跟踪效果良好。
3.2直流微电网光伏发电最大功率点的扰动观察追踪法
扰动观察追踪法就是在光伏发电系统中增加电压或电流，那么系统的输出功率必然会随干扰因素而变化，从其变化来追踪系统的最大功率点。以加入电压干扰为例，当系统工作稳定之后，给系统一个电压扰动△U，若此时逆变器输出功率的变化为△P，根据P-U特性曲线图（图1）可知，当△P/△U=0，系统运行在最大功率点；当△P/△U>0， 系统运行在最大功率左边； 当△P/△U<0，系统运行在最大功率点右边。为了追踪到最大功率点，可以通过不断调节开关管的占空比D来增大或减小光伏阵列的输出电压，从而追踪到最大功率点[4]。此种方法的优点在于操作方法简单，追踪到最大功率点的目的容易实现。但其缺点是在最大功率点附近波动，准确定位性差，而且只能应用于外界环境条件变化比较缓慢的时候，一旦变化较快时，容易跟丢最大功率点。
3.3直流微电网光伏发电最大功率点的电导增量法追踪
电导增量法的基本方法概括为：计算检测到光伏阵列当前电压、电流值与上一控制周期的电压、电流值采样值之差，再判断电压差值是否为零；若判别式不为零，且成立，则表示功率曲线斜率为零，达到最大功率点；若电导变化量大于负电导值，则表示功率曲线斜率为正，需增加钳制电压；反之将减少。当光伏阵列模块部分遮挡时，局部组件存在几个最大功率点，后级的控制器（或逆变器）内采用的电导增量法不能跟踪到系统中最优的功率点。 解决此缺点的最简单方法是扫描系统电压、电流特性，通过定时扫描，就可以跟踪到最大功率点。另一种解决方法是和定填充系数法综合使用。例如光伏阵列模块照射不完全时，假设U /I 为0.8U /0.9 I ，采用定填充系数法得到U 和I 。但在估计UOC和ISC需要附加额外的硬件电路，提高系统成本[5]。
3.4直流微电网光伏发电最大功率点的扫描追踪法
由于光伏阵列模块扫描需要一定的时间，因此扫描法跟踪的速率低。在外界因素变化较为剧烈时，不能很迅速地得到最大功率点，并且该方法要不间断的对光伏阵列进行扫描，增加损耗，降低效率。
3.2直流微电网光伏发电最大功率点恒定电压跟踪法
直流微电网光伏发电最大功率点恒定电压跟踪法是从太阳能电池的工作原理出发，给光伏发电系统一个恒定的电压，再配备一个阻抗变换器，使系统的光伏阵列工作点尽量的移到最大功率点上。对于大多数太阳电池组件来说， 温度保持固定值时， 最大功率点基本在一根垂线的两侧， 即在开路电压的（78±2）%处。这样就可以把最大功率跟踪器简化为一个稳压器， 来实现最大功率点的跟踪。但此法忽略了温度对开路电压的影响。以常规单晶硅太阳能电池而言， 每当环境温度升高 1℃时，其开路电压下降率约为0.35%～0.45%[4]。虽然恒定电压跟踪法能够使光伏发电系统最大限度的达到最大功率，却由于温度变化引起的消耗大到不能被忽略而产生无法避免的缺点。所以，恒定电压跟踪法也只能是个近似值，并达不到直流微电网光伏发电最大功率。
各种直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法具有不同的优势：
1）扰动观察法和电导增量法在光照较足时，均适合阵列光伏的最大功率点追踪，但是到了傍晚后或是早晨阳光不足时，就很难跟踪到最大功率点。因此，采用开路电压相关系统法和扰动观察法相结合的方式，得到了较好的应用效果。可见，多种方法的有机结合可以充挥发挥各种方法的优点。
2）恒定电压法较适合单一的太阳能电池的光伏发电，虽然效果不佳，但在热水器中应用还是很好的。
3）此外，直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法还有改进增量电压法[6]、三点最小二乘法[7]，这两种方法都是在原有追踪方法的基础上进行改进得后优化方法，能够克服原来追踪方法的缺陷，更好的对最大功率点进行追踪。
四、总结语
虽然直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法众多，但是它们都具有各自的优缺点，需要结合实际工程条件，如直流为电网光伏发电的规模、项目所处地址的环境温度、负荷特性等选择应用，以获得直流微电网光伏发电系统最大的输出功率。
参考文献：
[1]张犁，孙凯，吴田进等.基于光伏发电的直流微电网能量变换与管理[J].电工技术学报，2013，28（02）：248～254.
[2]郑颖楠，王俊平，张霞.基于动态等效阻抗匹配的光伏发电最大功率点跟踪控制[J].中国电机工程学报，2011，331（02）：111～118.
[3]钱霞，袁建华，高厚磊等.直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法[J].电力自动化设备，2012，32（06）：90～98.
[4]李玲，谢建，杨祚宝.光伏系统最大功率点跟踪方法[J].可再生能源，2007，25（02）：85～87.
[5]宋建威.最大功率点追踪分析与实现[J].中国西部科技，201，10（36）：34～35.
[6]赵立永，黄成玉，邓永红.一种新型的光伏发电最大功率跟踪方法研究[J].电源技术，2013，136（）6）：1010～1013.
[7]温嘉斌，刘密富.光伏系统最大功率点追踪方法的改进[J].电力自动化设备，2009，29（06）：81～84.
关键词： 直流微电网；光伏发电；意义；最大功率点；追踪方法；
随着不可再生能源的日益减少，地下能源开采对环境的不断破坏，环境不断以“极端”的手段如沙漠化、飓风、洪涝等反击人类对自然的挖掘。因此，低碳经济和人类可持续发展要求探索更高效能的可再生能源和电能高效利用技术[1]，微电网逐渐走入人们的视线。微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。以直流方式传输的就电直流微电网。直流微电网的电压等级与微网容量、分布式电源容量等因素有关，当微网容量一琮的情况下，直流微电网的电流与电力等级成反比。而且直流微电网不受分布式电源同步性控制，不受电压调整、电压闪变、三相不平衡、及谐波的影响，电能质量不受冲击电流，单相负载，单相发电机影响，具有较强的稳定性。直流微电网在一般应用在办公楼用电、海岛供电等方面。直流微电网属于混合的多电源网络，电源类型有风力发电、光伏系统、燃料电池、水力发电及生物质能发电等，光伏发电只是其中之一。由于直流微电网光伏发电技术具有低碳环保、充分利用可再生能源、极强的运行稳定性等优点，越来越受到高新技术的青睐，并逐步向便携式电源方向发展。成为电子产品、电动汽车等光伏电池蓄电的主要技术。由于直流微电网中占主要能源架构的光伏发电容易受到光照辐射强度等因数变化干扰降低输出功率，因此追踪直流微电网光伏发电最大功率点，确保光伏发电始终以最大功率运行变得十分关键。在此介绍几种直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法，有助于光伏发电系统根据实际情况进行选择。
一、影响直流微电网光伏发电最大输出功率的因素
直流微电网光伏发电技术具有无污染、无噪声、可再生等优点，而且不会存在无功损耗，使得光伏发电技术得到广泛应用，为电子产品、LED灯具以及电动汽车提供了优良的动力。但是，光伏发电技术同样会受到不利因素的干扰而降低输出功率，影响直流微电网光伏发电技术的最大发挥。这些因素主要有温度、光照强度以及遮挡等环境因素，而且由于光伏发电系统在动态跟踪的快速性、稳态跟踪精度，以及系统长期工作时寻优跟踪能力等方面仍显不足，再加上光伏电池本身具有P-A曲线的非线性，系统老化，参数变异[2]等因素，都是影响直流微电网光伏发电最大输出功率的因素。
二、直流微电网光伏发电最大功率点追踪的意义
为了最大限度的获取电能量，满足直流微电网供电电源与负荷的平衡性。直流微电网系统需在最短时间内准确捕捉光伏电池组件的最大功率，以保证直流微网的输出功率，实现直流微电网光伏发电的最大效率。而保持直流微电网光伏发电的最大效率需要一定的技术支持，因此，追踪直流微电网光伏发电最大功率点的方法就成为技术关键，根据追踪光伏发电最大功率点的方法，研究影响最大功率点的因素，研制保持光伏发电最大功率点的仪器设备，使光伏发电始终以最大功率运行，对于提高光伏发电的应用效果，提高其运行稳定性具有十分重要的意义。
三、直流微电网光伏发电最大功率点追踪的方法
实现直流微电网光伏发电最大功率点追踪分为两级式追踪和单级式追踪，其中两级式较常用。在两级式中，最大功率点追踪可以由前级的BOOST（光伏电池组件配置）完成，也可以后级的控制器（或逆变器）完成。直流微电网光伏发电最大功率点追踪对提高系统运行具有重要作用，现介绍几种光伏发电最大功率点的追踪方法。
3.1直流微电网PV端最大功率点追踪方法
此种方法是针对PV端直流微电网DC/DC电路，存在以PV发电为主的多种分布式电源，如办公楼用电，其特点微电网既能独立供电，也能与交流电并网直同供电。这种直流微电网PV端光伏发电最大功率点追踪方法是利用PV端DC/DC电路占空比和PV电压的简明函数关系，基于P-U曲线，把占空比和PV电流作为输入变量，利用曲线斜率K及其相关参数来判断、搜寻PV最大功率点。这种追踪方法在直流母线电压稳定的直流电网系统中[3]，无需PV电压传感器就可实施光伏发电最大功率点控制，操作简单，应用可靠性高，可以由控制器（或逆变器）的个体和组串进行分别跟踪，因此，这种方法对多控制器（或逆变器）的组串跟踪效果良好。
3.2直流微电网光伏发电最大功率点的扰动观察追踪法
扰动观察追踪法就是在光伏发电系统中增加电压或电流，那么系统的输出功率必然会随干扰因素而变化，从其变化来追踪系统的最大功率点。以加入电压干扰为例，当系统工作稳定之后，给系统一个电压扰动△U，若此时逆变器输出功率的变化为△P，根据P-U特性曲线图（图1）可知，当△P/△U=0，系统运行在最大功率点；当△P/△U>0， 系统运行在最大功率左边； 当△P/△U<0，系统运行在最大功率点右边。为了追踪到最大功率点，可以通过不断调节开关管的占空比D来增大或减小光伏阵列的输出电压，从而追踪到最大功率点[4]。此种方法的优点在于操作方法简单，追踪到最大功率点的目的容易实现。但其缺点是在最大功率点附近波动，准确定位性差，而且只能应用于外界环境条件变化比较缓慢的时候，一旦变化较快时，容易跟丢最大功率点。
3.3直流微电网光伏发电最大功率点的电导增量法追踪
电导增量法的基本方法概括为：计算检测到光伏阵列当前电压、电流值与上一控制周期的电压、电流值采样值之差，再判断电压差值是否为零；若判别式不为零，且成立，则表示功率曲线斜率为零，达到最大功率点；若电导变化量大于负电导值，则表示功率曲线斜率为正，需增加钳制电压；反之将减少。当光伏阵列模块部分遮挡时，局部组件存在几个最大功率点，后级的控制器（或逆变器）内采用的电导增量法不能跟踪到系统中最优的功率点。 解决此缺点的最简单方法是扫描系统电压、电流特性，通过定时扫描，就可以跟踪到最大功率点。另一种解决方法是和定填充系数法综合使用。例如光伏阵列模块照射不完全时，假设U /I 为0.8U /0.9 I ，采用定填充系数法得到U 和I 。但在估计UOC和ISC需要附加额外的硬件电路，提高系统成本[5]。
3.4直流微电网光伏发电最大功率点的扫描追踪法
由于光伏阵列模块扫描需要一定的时间，因此扫描法跟踪的速率低。在外界因素变化较为剧烈时，不能很迅速地得到最大功率点，并且该方法要不间断的对光伏阵列进行扫描，增加损耗，降低效率。
3.2直流微电网光伏发电最大功率点恒定电压跟踪法
直流微电网光伏发电最大功率点恒定电压跟踪法是从太阳能电池的工作原理出发，给光伏发电系统一个恒定的电压，再配备一个阻抗变换器，使系统的光伏阵列工作点尽量的移到最大功率点上。对于大多数太阳电池组件来说， 温度保持固定值时， 最大功率点基本在一根垂线的两侧， 即在开路电压的（78±2）%处。这样就可以把最大功率跟踪器简化为一个稳压器， 来实现最大功率点的跟踪。但此法忽略了温度对开路电压的影响。以常规单晶硅太阳能电池而言， 每当环境温度升高 1℃时，其开路电压下降率约为0.35%～0.45%[4]。虽然恒定电压跟踪法能够使光伏发电系统最大限度的达到最大功率，却由于温度变化引起的消耗大到不能被忽略而产生无法避免的缺点。所以，恒定电压跟踪法也只能是个近似值，并达不到直流微电网光伏发电最大功率。
各种直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法具有不同的优势：
1）扰动观察法和电导增量法在光照较足时，均适合阵列光伏的最大功率点追踪，但是到了傍晚后或是早晨阳光不足时，就很难跟踪到最大功率点。因此，采用开路电压相关系统法和扰动观察法相结合的方式，得到了较好的应用效果。可见，多种方法的有机结合可以充挥发挥各种方法的优点。
2）恒定电压法较适合单一的太阳能电池的光伏发电，虽然效果不佳，但在热水器中应用还是很好的。
3）此外，直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法还有改进增量电压法[6]、三点最小二乘法[7]，这两种方法都是在原有追踪方法的基础上进行改进得后优化方法，能够克服原来追踪方法的缺陷，更好的对最大功率点进行追踪。
四、总结语
虽然直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法众多，但是它们都具有各自的优缺点，需要结合实际工程条件，如直流为电网光伏发电的规模、项目所处地址的环境温度、负荷特性等选择应用，以获得直流微电网光伏发电系统最大的输出功率。
参考文献：
[1]张犁，孙凯，吴田进等.基于光伏发电的直流微电网能量变换与管理[J].电工技术学报，2013，28（02）：248～254.
[2]郑颖楠，王俊平，张霞.基于动态等效阻抗匹配的光伏发电最大功率点跟踪控制[J].中国电机工程学报，2011，331（02）：111～118.
[3]钱霞，袁建华，高厚磊等.直流微电网光伏发电最大功率点追踪方法[J].电力自动化设备，2012，32（06）：90～98.
[4]李玲，谢建，杨祚宝.光伏系统最大功率点跟踪方法[J].可再生能源，2007，25（02）：85～87.
[5]宋建威.最大功率点追踪分析与实现[J].中国西部科技，201，10（36）：34～35.
[6]赵立永，黄成玉，邓永红.一种新型的光伏发电最大功率跟踪方法研究[J].电源技术，2013，136（）6）：1010～1013.
[7]温嘉斌，刘密富.光伏系统最大功率点追踪方法的改进[J].电力自动化设备，2009，29（06）：81～84.