專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)電流傳感器的最大功率點(diǎn)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種最大功率點(diǎn)跟蹤方法，尤其涉及一種無(wú)電流傳感器的最大功率點(diǎn) 跟蹤方法，屬新能源技術(shù)領(lǐng)域，特別是光伏發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光伏陣列是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵部件。根據(jù)太陽(yáng)能電池的I-V特性 可知，在不同的太陽(yáng)光強(qiáng)和電池溫度時(shí)太陽(yáng)能電池都存在最大功率點(diǎn)，因此為了充分利用 太陽(yáng)能電池的輸出能量，最大限度發(fā)揮太陽(yáng)能電池的效用，必須使光伏陣列時(shí)刻工作在最 大功率點(diǎn)，即需要采用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)。目前常用的幾種MPPT方法主要有恒定電壓法、擾動(dòng)觀察法(P&0， Perturbationand Observation)亦稱(chēng)爬山法(Hill Climbing)等。恒定電壓跟蹤法利用 光伏陣列輸出最大功率時(shí)其工作電壓Vpv與開(kāi)路電壓V。。存在近似的比例關(guān)系這一特點(diǎn)來(lái) 進(jìn)行控制，它實(shí)際上是把MPPT控制簡(jiǎn)化為穩(wěn)壓控制，把最大功率點(diǎn)跟蹤器簡(jiǎn)化為一個(gè)穩(wěn)壓 器，近似地實(shí)現(xiàn)MPPT。恒定電壓跟蹤法具有控制簡(jiǎn)單，可靠性高和快速性好等優(yōu)點(diǎn)，但其缺 點(diǎn)是無(wú)自動(dòng)跟蹤功能，控制精度差，并不是真正意義上的MPPT。擾動(dòng)觀察法是每隔一定的時(shí) 間改變光伏陣列的工作電壓或電流，實(shí)時(shí)觀察比較改變前后兩點(diǎn)的輸出功率值以改變調(diào)節(jié) 電壓的方向，最終穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近。目前的各種見(jiàn)諸文獻(xiàn)的擾動(dòng)觀察法，都需要同時(shí) 檢測(cè)光伏陣列的電壓和電流，根據(jù)光伏陣列功率的變化方向，決定電壓或電流擾動(dòng)的增減 來(lái)達(dá)到跟蹤的目的。然而，這些方法都忽略了一個(gè)重要的信息，即在以MPPT周期為時(shí)間單 位的動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程中，電容上電壓的紋波即包含了光伏陣列輸出功率的信息。通過(guò)計(jì)算連 續(xù)兩個(gè)MPPT周期后電容電壓的變化值，可以獲得光伏陣列輸出功率的變化方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 最大功率點(diǎn)跟蹤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)中最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)中存在的缺陷而提出的一種低成本， 高可靠性、適用于新能源發(fā)電場(chǎng)合的無(wú)電流傳感器最大功率點(diǎn)跟蹤方法。本發(fā)明的無(wú)電流傳感器最大功率點(diǎn)跟蹤方法，該方法根據(jù)動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程中光伏陣 列與變換器之間的電容上電壓的紋波包含了光伏陣列的輸出功率的信息，因此通過(guò)計(jì)算連 續(xù)兩個(gè)MPPT周期后電容電壓的變化值，可以獲得光伏陣列輸出功率的變化方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 對(duì)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤。與通常的MPPT方法相比，該方法不需要電流傳感器即可判 斷光伏陣列輸出功率的變化方向，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤，降低了系統(tǒng)的成本，提高 了系統(tǒng)的可靠性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。在新能源發(fā)電特別是太陽(yáng)能發(fā)電中有著廣泛的應(yīng) 用前景。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了一種無(wú)電流傳感器的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其技 術(shù)方案的特征在于控制步驟如下步驟1 用微處理器作為光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤控制器，檢測(cè)、時(shí)刻光伏陣列與變換器之間的電容的電壓U。。步驟2 在、時(shí)刻施加擾動(dòng)，并一直維持至、+2Τ時(shí)刻。T為MPPT的周期。該微處 理器檢測(cè)tQ+T，t0+2T時(shí)刻電容電壓值U1, U2 ；步驟3 根據(jù)步驟2的檢測(cè)結(jié)果計(jì)算U/+U(i2-2Ui2，計(jì)算U2-U1 ；設(shè) Sign(Ap) = sign(U2^U02IU12)sign (Au) =Sign(U2-U1)得到兩個(gè)三值函數(shù)，即+1、_1、0。步驟4 根據(jù)步驟3中計(jì)算的Sign(Ap)和sign (Au)的值，判斷如何實(shí)施下一步 擾動(dòng)。sign(Ap) = 1，sign(Au) = 1，左坡上行，最小負(fù)擾動(dòng)；sign(Ap) = 0，sign (Au) = 1，左至右坡，不動(dòng)作；sign(Ap) = -1，sign (Au) = 1，右坡下行，不動(dòng)作；sign(Ap) = 1，sign(Au) = 0，法向上升，最小正擾動(dòng)；sign(Ap) = 0，sign(Au) = 0，頂點(diǎn)，最小負(fù)擾動(dòng)；sign(Ap) = -1，sign(Au) = 0，法向下降，最小正擾動(dòng)；sign(Ap) = 1，sign(Au) = _1，右坡上行，最小正擾動(dòng)；sign(Ap) = 0，sign(Au) = _1，右至左坡，最小負(fù)擾動(dòng)；sign(Ap) = 1，sign(Au) = _1，左坡下行，最大負(fù)擾動(dòng)；


圖1是本發(fā)明所述的無(wú)電流傳感器最大功率點(diǎn)跟蹤方法流程2是本發(fā)明所述無(wú)電流傳感器最大功率點(diǎn)跟蹤方法的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明在單級(jí)式并網(wǎng)工作情況下的實(shí)施例控制結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-圖3中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明=UtTtci時(shí)刻的電容電壓值；…-‘+丁時(shí)刻的電容電壓值； u2-t0+2T時(shí)刻的電容電壓值；Sign(Ap)-光伏陣列功率的變化方向；Sign(Au)-電容電壓 的變化方向；PV array-光伏陣列；Cpv-電容；u。_電容電壓；mppt-最大功率點(diǎn)跟蹤；PWM-脈 寬調(diào)制。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的無(wú)電流傳感器最大功率點(diǎn)跟蹤方法流程圖如圖1所述，檢測(cè)IV U1, U2分別對(duì)應(yīng)VtJLtc^T時(shí)刻的電容電壓值。令sign(Ap) = U22V-ZuAsign(Au)= U2-U1，根據(jù)Sign(Ap)和Sign(Au)的值判斷施加擾動(dòng)的方向。圖2所示是本發(fā)明的無(wú)電流傳感器最大功率點(diǎn)跟蹤方法的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。其理 論依據(jù)是，動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程中太陽(yáng)能電池與變換器之間的電容Cpv上電壓U。的紋波，包含了光 伏陣列的輸出功率的信息。通過(guò)計(jì)算連續(xù)兩個(gè)MPPT周期后電容電壓的變化值，可以獲得 光伏陣列輸出功率的變化方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光伏陣列輸出功率的最大功率點(diǎn)跟蹤。與通常的 MPPT方法相比，該方法不需要電流傳感器即可判斷太陽(yáng)能電池輸出功率的變化方向，準(zhǔn)確 地實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤，降低了系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。在具體實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)變換器和負(fù)載的不同而具有多種實(shí)施方式。如圖3所示是變換器采用單級(jí)式逆變器，負(fù)載采用交流電網(wǎng)的實(shí)施例控制結(jié)構(gòu)示意圖。 下面以圖3所示的控制結(jié)構(gòu)示意圖說(shuō)明技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)。選取、時(shí)刻為開(kāi)始時(shí)亥|J，T為電網(wǎng)周期的一半，這是因?yàn)殡娋W(wǎng)功率 η2視= |(1-C0S2砍變化的周期為電網(wǎng)電壓周期的一半。取、=t0+T,t2 = t0+2To在此時(shí)刻施加擾動(dòng)，并且將此擾動(dòng)一直維持至 t2時(shí)刻。設(shè)(、，、)，(ti; t2)周期內(nèi)光伏陣列的輸出平均功率為Pl，P2并保持恒定；、，ti; t2時(shí)刻電容的電壓分別為Utl，U1, U2，依據(jù)下列能量平衡關(guān)系+l p0dt +^Ou2l+T-^Cu2l =Tpl( 1 )
分別對(duì)(t(l，tj，(ti; t2)兩個(gè)周期實(shí)施上述運(yùn)算，得至I
^^0^ + ^-^^0= (2) ^^ + ^2-^^2,= (3)由于P0以T為周期，故[+2 p0dt (2),⑶相減得到c(P2-Pi) =—(U22 +^o2 - W)(4)(4)式表明，光伏陣列功率變化的方向，可以由電容電壓反映。因此可以看出，本發(fā) 明中變換器的控制量與電容電壓有關(guān)，通過(guò)檢測(cè)電容電壓對(duì)變換器進(jìn)行控制，即可實(shí)現(xiàn)最 大功率點(diǎn)跟蹤。具體步驟如下步驟1 用微處理器作為光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤控制器，檢測(cè)、時(shí)刻光伏陣列與 變換器之間的電容的電壓U。。步驟2 在、時(shí)刻施加擾動(dòng)，并一直維持至、+2Τ時(shí)刻。T為MPPT的周期。該微處 理器檢測(cè)tQ+T，t0+2T時(shí)刻電容電壓值U1, U2 ；步驟3 根據(jù)步驟2的檢測(cè)結(jié)果計(jì)算U/+U(i2-2Ui2，計(jì)算U2-U1 ； 設(shè) sign(Ap) = sign^2+^2^!2) sign (Δ u) = Sign(U2-U1) 得到兩個(gè)三值函數(shù)，即+1、_1、0。步驟4:根據(jù)步驟3中計(jì)算的Sign(Ap)和Sign(Au)的值，判斷如何實(shí)施下一步
擾動(dòng)。
sign(Ap) = 1，sign(Au) = 1，左坡上行，最小負(fù)擾動(dòng)； sign(Ap) = 0，sign(Au) = 1，左至右坡，不動(dòng)作； sign(Ap) = -1，sign(Au) = 1，右坡下行，不動(dòng)作； sign(Ap) = 1，sign(Au) = 0，法向上升，最小正擾動(dòng)； sign(Ap) = 0，sign(Au) = 0，頂點(diǎn)，最小負(fù)擾動(dòng)； sign(Ap) = -1, sign(Au) = 0，法向下降，最小正擾動(dòng) sign(Ap) = 1, sign(Au) = _1，右坡上行，最小正擾動(dòng) sign(Ap) = 0, sign(Au) = _1，右至左坡，最小負(fù)擾動(dòng) sign(Ap) = 1, sign(Au) = _1，左坡下行，最大負(fù)擾動(dòng),
權(quán)利要求
1.一種無(wú)電流傳感器的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于，只檢測(cè)光伏陣列與變換器 之間的電容電壓，通過(guò)連續(xù)兩個(gè)MPPT周期電容電壓的變化值，即可反映光伏陣列輸出功率 的變化方向，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)電流傳感器的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于控制步驟如下步驟1 用微處理器作為光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤控制器，檢測(cè)、時(shí)刻光伏陣列與變換 器之間的電容的電壓uQ。步驟2 在t0時(shí)刻施加擾動(dòng)，并一直維持至、+2Τ時(shí)亥lj。T為MPPT的周期。該微處理器 檢測(cè)t0+T, t0+2T時(shí)刻電容電壓值U1, U2 ；步驟3 根據(jù)步驟2的檢測(cè)結(jié)果計(jì)算U/+U(i2-2Ui2，計(jì)算U2-U1 ； 設(shè) sign(Ap) = sign ( 2+ 2^/) sign (Δ u) =Sign(U2-U1) 得到兩個(gè)三值函數(shù)，即+1、_1、0。步驟4 根據(jù)步驟3中計(jì)算的sign ( △ ρ)和sign ( Δ u)的值，判斷如何實(shí)施下一步擾動(dòng)。sign(Ap) = 1，sign(Au) = 1，左坡上行，最小負(fù)擾動(dòng)；sign(Ap) = 0，sign(Au) = 1，左至右坡，不動(dòng)作；sign(Ap) = -1，sign(Au) = 1，右坡下行，不動(dòng)作；sign(Ap) = 1，sign(Au) = 0，法向上升，最小正擾動(dòng)；sign(Ap) = 0，sign(Au) = 0，頂點(diǎn)，最小負(fù)擾動(dòng)；sign(Ap) = -1，sign(Au) = 0，法向下降，最小正擾動(dòng)；sign(Ap) = 1，sign(Au) = _1，右坡上行，最小正擾動(dòng)；sign(Ap) = 0，sign(Au) = _1，右至左坡，最小負(fù)擾動(dòng)；sign(Ap) = 1，sign(Au) = _1，左坡下行，最大負(fù)擾動(dòng)；
3.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)兩個(gè)MPPT周期，應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足下列條件，即擾動(dòng)在第一個(gè)周期 開(kāi)始時(shí)實(shí)施，并維持到第二個(gè)周期結(jié)束。
4.如權(quán)利要求1所述的電容電壓，是一個(gè)MPPT周期的平均值?？梢耘c變換器輸出功率 的變化周期同步，也可以不同步。
5.如權(quán)利要求1所述的光伏陣列輸出功率的變化，也是一個(gè)MPPT周期的平均值。
6.如權(quán)利要求1所述的變換器可以是單級(jí)式變換器，也可以是多級(jí)式變換器。
7.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)MPPT周期，當(dāng)負(fù)載上的電壓是交流量時(shí)，MPPT周期可以是 交流電壓周期的一半。當(dāng)負(fù)載上的電壓時(shí)直流量時(shí)，MPPT周期可以是直流電壓紋波周期的 一半或整數(shù)倍。
8.如權(quán)利要求7所述的負(fù)載，可以是有源負(fù)載，如電網(wǎng)和蓄電池；也可以是無(wú)源負(fù)載， 如電阻等。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)電流傳感器的最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power PointTracking，MPPT)方法，屬新能源技術(shù)領(lǐng)域。該方法根據(jù)動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程中光伏陣列與變換器之間的電容上電壓的紋波包含了光伏陣列的輸出功率的信息，因此通過(guò)計(jì)算連續(xù)兩個(gè)MPPT周期后電容電壓的變化值，可以獲得光伏陣列輸出功率的變化方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤。與通常的MPPT方法相比，該方法不需要電流傳感器即可判斷光伏陣列輸出功率的變化方向，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤，降低了系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。在新能源發(fā)電特別是太陽(yáng)能發(fā)電有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G05F1/67GK102043419SQ20091020452
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
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