薛小亮
玉门油田分公司工程技术研究院
摘要：作为全新能源代表，太阳能资源潜力巨大，然因太阳能能源空间分布不均匀、间歇性大问题，导致独立光伏发电系统电能存储阶段，光伏电池发电功率、蓄电池吸收功率二者却无法匹配，大量能量因此而损失。本文针对太阳能光伏发电系统下功率实时匹配光伏充电系统开展分析，对功率实时匹配光伏充电系统功率匹配光伏充电模型做出深度分析，并对实时匹配光伏充电系统充电效率做出研究，以充分阐释功率实时匹配光伏充电系统结构、原理，仅以本文研究供我国电力企业新能源应用规划阶段参考与借鉴。
关键词：实时匹配；光伏充电；模型分析；充电效率
作为燃料能源完美替代者，近年来太阳能产业始终处于迅猛发展趋势，而光伏发电产业则在太阳能资源应用领域中最具有代表性。相关数据统计，目前世界范围光伏产业规模，正以全球年增长率30%速度扩张，而我国光伏发电装机容量，亦超过全球其他国家，排名世界第一，故开展光伏发电系统研究，对光伏发电领域下功率实时匹配光伏充电系统开展分析，是有效提升我国光伏发电率，促进光伏产业发展的重要研究举措。
一、光伏充电模型与实时匹配原理分析
功率实时匹配光伏充电系统下，包括MPPT控制器模块、光伏阵列模块、DC/DC转换模块以及蓄电池组，这一组合形式，可对光伏阵列最大功率开展有效跟踪。功率实时匹配光伏充电系统同传统光伏冲段系统区别在于，传统充电系统无法实现以最佳功率匹配形式指导蓄电池组开展电能储存，而功率实时匹配光伏充电系统是在蓄电池组、MPPT控制器之间加入可调变压器模块，对充电阶段实时功率进行调节、匹配[1]。图1为功率实时匹配光伏充电系统模型示意图：
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图1 功率实时匹配光伏充电系统模型
如图1所示，该模型之下，以单相链H桥电路、二极管整流电路、可调变压器以及蓄电池等效电路组成充电匹配电路，模型中接入系统电压为,MPPT控制模块出以表示，同时亦是电路模块输入。充电匹配电路工作阶段输出电压为，输出电流为。模型中H桥输出端，同可调变压器依靠电感实现并联关系，则为电感损耗用电阻。功率实时匹配光伏充电系统工作期间，因MPPT控制模块电路输出的方波近似一个频率，故模型采用脉冲宽度调制，以式1定义模型内上导管、下导管操作方式：
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式4内，T表示一段时间之内输出的波形，MPPT模块输出电压、负载电流为时间连续函数形式，通常在较短时间周期内不会发生过大变化。为电路中a、b两点输出波形占空比，电路等效有效占空比为，设为MPPT控制电路输出模型，设MPPT控制电路所输出的光伏电池阵列功率最大值阶段，所对应的电压波形峰值为，则可得出式5：
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（式5）
基于上述分析，可获取在T时间段内电路输出平均模型，并可得出图1中D5、D6、D6与D8联合组成的横流桥模型，如式6：
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（式6随后，取一段时间T的平均模型，如式7：
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（式7）
基于式6与式7便可在电路模型中建立交流信号，随后基于电路交流数学模型，将二极管整流电路做受控源形式，基于平台工作点以及模型中交流波动量，可获取功率匹配交流信号模型，如图2：
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图2 功率匹配交流型号模型
随后，基于该模型进行参数调节，即可实现光伏电池阵列最大输出，蓄电池充电时功率匹配。
二、功率实时匹配光伏充电系统充电效率分析
（一）传统光伏充电系统实验
对功率实时匹配光伏充电系统组装实验台进行充电效率分析。充电实验台参数方面，设置光伏阵列42V开路电压，48VMPPT电池组压力。随后，接入48V蓄电池组（串联组合形式）开展传统光伏充电系统。实验结果下，在蓄电池组、MPPT控制模块配合下对光伏电池阵列进行充电，蓄电池实现36.9W平均功率吸收，利用效率为46%，这一实验结果充分表明，相对于光伏电池阵列而言，MPPT控制模块可有效追踪功率最大值，然而蓄电池组无法实现以最大功率吸收电池阵列通过转换产生的电功率，可论证传统MPPT充电系统，同变电阻负载发电具有相同利用效率[2]。
（二）功率实时匹配光伏充电系统实验
完成传统光伏充电系统实验，开展功率实时匹配光伏充电系统实验分析。充电实验台组件包括MPPT控制模块、电源开关、充电监控显示、显波器、功率匹配调节模块、蓄电池组与电阻器。实验阶段，当功率实时匹配光伏充电系统向蓄电池组充电，各仪表盘由开关电源实现供电，MPPT模块对光伏阵列功率最大值进行搜索，随后功率匹配调节模块，对充入蓄电池组的功率进行调节，由充电监控显示模块，实现充电阶段光伏阵列、电池组实时功率电流与电压。实验结果分析之下得出，功率实时匹配光伏充电系统，蓄电池可吸收48.9W平均功率，利用效率提升至61.1%，功率实时匹配下，可有效对蓄电池组当前吸收功率最佳状态加以匹配，对比之下，不论是传统MPPT光伏充电系统，或之前提到的变电阻负载发电，其发电效率低于功率实时匹配光伏充电系统实验，同等试验条件之下，功率实时匹配光伏充电系统效率提升率约为10%[3]。
结语：本文对功率实时匹配光伏充电系统开展深度分析，在深度研究功率实时匹配光伏充电系统充电模型与实时匹配原理基础上，开展传统MPPT光伏充电系统、功率实时匹配光伏充电系统实验，在组建实验台，基于相同实验条件均开展试验后，试验结果分析之下得出功率实时匹配光伏充电系统，相比传统MPPT光伏充电系统，充电效率提升约为10%，且同样优于变电阻负载发电效率。虽本文对功率实时匹配光伏充电系统充电效率做出论证，但所提出的研究仍旧存在不足，如并未考虑外界环境条件对光伏阵列的影响，故在实际应用阶段，应自多角度入手开展分析，充分考虑各类影响因素，以确保构建出可实现最大化效率的充电系统，充分发挥太阳能应用优势。
参考文献
[1]戴作财. 功率实时匹配光伏充电系统的研究[D]. 金华，浙江师范大学，2016.
[2]陈兆岭, 张强, 邱殿成,等. 超级电容储能的光伏充电系统双模控制研究[J]. 电力电子技术, 2019, 317(04):87-90.
[3]丁琦, 孟丽囡, 郭莎,等. 高效率光伏充电系统的研究与设计[J]. 电子器件, 2019(4):6-12.