單級式光伏逆變器的mppt控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單級式光伏逆變器的MPPT控制方法，采用兩級PI調(diào)節(jié)器在單級式光伏逆變器中的DC-AC變換環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)；其包括：按周期采樣光伏電池板的輸出電壓平均值、輸出電流平均值，并計(jì)算出光伏電池板的功率變化量ΔP和光伏電池板的電壓變化量ΔU；將-(ΔP/ΔU)作為反饋量，0作為目標(biāo)量分別賦值給第一級PI調(diào)節(jié)器而計(jì)算出其輸出量；將光伏電池板的輸出電壓平均值作為反饋量，第一級PI調(diào)節(jié)器的輸出量作為目標(biāo)量分別賦值給第二級PI調(diào)節(jié)器而計(jì)算出其輸出量；根據(jù)第二級PI調(diào)節(jié)器的輸出量得出DC-AC變換環(huán)節(jié)的電流指令值來控制DC-AC變換環(huán)節(jié)。本發(fā)明的MPPT控制方法實(shí)現(xiàn)了無固定步長調(diào)節(jié)，更加智能化，并且環(huán)境適應(yīng)性、抗干擾能力和魯棒性更佳。
【專利說明】單級式光伏逆變器的MPPT控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏逆變器的MPPT控制方法，尤其是一種適用于單級式光伏逆變器的MPPT控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在光伏逆變器領(lǐng)域中，對其進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤的MPPT控制方法通常為以下兩種:
[0003]一、固定電壓法:
[0004]由光伏電池板的特性可知，當(dāng)溫度一定時，其最大功率點(diǎn)分布在一固定電壓的兩偵牝一般為0.78倍開路電壓，如附圖1所示。利用這一特性，讓逆變器工作電壓在PV開路電壓的0.78倍時，即近視工作到最大功率點(diǎn)。
[0005]二、擾動觀察法:
[0006]擾動觀察法即利用電壓擾動，觀察功率，如附圖2所示，這是并網(wǎng)逆變器中應(yīng)用較多的一種方法，也稱為爬山法，其周期性的變化PV電壓，然后利用當(dāng)前周期的電壓V (η)和電流I (η)來計(jì)算此時的功率P (η)，并與上一周期的功率P (η-1)相比較，若功率增大，則下一周期就相同方向繼續(xù)變化PV電壓，若功率減小，則下一周期就往相反方向變化PV電壓。其中，傳統(tǒng)的擾動觀察法中每次PV電壓的變化步長為固定值，此值的選取需兼顧光伏發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)控制精度。變步長的擾動觀察法中每次PV電壓的變化步長為根據(jù)功率變化情況確定的2到5個既定值。
[0007]對于固定電壓法，由于環(huán)境溫度等因數(shù)會影響到光伏電池板的最大功率點(diǎn)處的電壓值，所以采用固定的電壓方法就不能完全跟蹤到光伏電池板的最大功率點(diǎn)，存在功率損失。
[0008]對于擾動觀察法。一方面由于其擾動的步長是固定的,所以在最大功率點(diǎn)出會存功率的來回振蕩，存在功率損失，并且在外界環(huán)境急劇變化時，有時候會存在誤判的情況，從而不能跟蹤到最大功率點(diǎn)；另一方面其擾動步長的選取對MPPT效率及跟蹤速度影響較大，和系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)控制精度相關(guān)性較大，一般擾動步長需要工程整定，故適應(yīng)性較差，不能達(dá)到任何環(huán)境最優(yōu)化。
[0009]另外，傳統(tǒng)的MPPT控制方法都是基于條件判斷導(dǎo)向，其擾動量及擾動方向都是通過邏輯判斷語句實(shí)現(xiàn)流程的控制，且傳統(tǒng)的MPPT控制方法都是在兩級式逆變器中DC-DC變換環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的，而對于大功率的逆變器而言，大多數(shù)都是單級式逆變器，即沒有DC-DC變換環(huán)節(jié)，因而上述方法并不適用于單級式逆變器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種在單級式光伏逆變器的DC-AC變換環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)、具有良好抗干擾能力和魯棒性的單級式光伏逆變器的MPPT控制方法。
[0011]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:[0012]一種單級式光伏逆變器的MPPT控制方法，用于控制與光伏電池板相連接的單級式光伏逆變器以實(shí)現(xiàn)光伏電池板的最大功率點(diǎn)追蹤，該方法采用兩級PI調(diào)節(jié)器在單級式光伏逆變器中的DC-AC變換環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)；其包括:
[0013](I)按周期采樣光伏電池板的輸出電壓平均值、輸出電流平均值；
[0014](2)根據(jù)當(dāng)前周期所采樣到的光伏電池板的輸出電壓平均值、輸出電流平均值和前一周期所采集到的光伏電池板的輸出電壓平均值、輸出電流平均值計(jì)算出光伏電池板的功率變化量△ P和光伏電池板的電壓變化量AU;
[0015]( 3)將-(Λ P/ Λ U)作為反饋量賦值給第一級所述的PI調(diào)節(jié)器，將O作為目標(biāo)量賦值給第一級所述的PI調(diào)節(jié)器；
[0016](4)計(jì)算得出第一級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量；
[0017](5)將當(dāng)前周期所采樣得到的光伏電池板的輸出電壓平均值作為反饋量賦值給第二級所述的PI調(diào)節(jié)器，將第一級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量作為目標(biāo)量賦值給第二級所述的PI調(diào)節(jié)器；
[0018](6)計(jì)算得出第二級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量；
[0019](7)根據(jù)第二級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量得出DC-AC變換環(huán)節(jié)的電流指令值；
[0020](8)根據(jù)所述的DC-AC變換環(huán)節(jié)的電流指令值控制DC-AC變換環(huán)節(jié)。
[0021]步驟(2)中，光伏電池板的功率變化量
[0022]ΔP=Vpv[η]*Ipv[n]-Vpv[η_1]*Ιρν[η_1]，
[0023]光伏電池板的電壓變化量
[0024]Δ U=Vpv [n] -Vpv [η-1],
[0025]其中，Vpv[n]為當(dāng)前周期所采樣到的光伏電池板的輸出電壓平均值，Ipv[η]為當(dāng)前周期所采樣到的光伏電池板的輸出電流平均值，Vpv[n-1]為前一周期所采樣到的光伏電池板的輸出電壓平均值，Ipv[n-1]為前一周期所采樣到的光伏電池板的輸出電流平均值。
[0026]步驟(7 )中，DC-AC變換環(huán)節(jié)的電流指令值
[0027]IdRef=BusCtrlP1.0ut+Vpv[η]*Ipv[n]*Ks，
[0028]其中，BusCtrlP1.0ut為第二級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量，Ks為常量。
[0029]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的MPPT控制方法引入了 PI調(diào)節(jié)器替代傳統(tǒng)方法中的邏輯判斷功能，實(shí)現(xiàn)了無固定步長調(diào)節(jié)，更加智能化，并且環(huán)境適應(yīng)性、抗干擾能力和魯棒性更佳，適用于單級式光伏逆變器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]附圖1為光伏電池板的輸出特性示意圖。
[0031]附圖2為現(xiàn)有的擾動觀察法的流程圖。
[0032]附圖3為本發(fā)明的單級式光伏逆變器的MPPT控制方法的流程框圖。
[0033]附圖4為第一級PI調(diào)節(jié)器的算法框圖。
[0034]附圖5為第二級PI調(diào)節(jié)器的算法框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。[0036]實(shí)施例一:參見附圖3所示，
[0037]—種用于控制與光伏電池板相連接的單級式光伏逆變器以實(shí)現(xiàn)光伏電池板的最大功率點(diǎn)追蹤的單級式光伏逆變器的MPPT控制方法，采用兩級抗積分飽和的PI調(diào)節(jié)器在單級式光伏逆變器中的DC-AC變換環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)。
[0038]該方法包括如下步驟:
[0039]( I)按周期采樣光伏電池板的輸出電壓平均值Vpv、輸出電流平均值Ipv，定義當(dāng)前周期采樣所得到的光伏電池板的輸出電壓平均值為Vpv[n]，當(dāng)前周期采樣所得到的光伏電池板的輸出電流平均值為Ipv [η]，則前一周期采樣所得到的光伏電池板的輸出電壓平均值為Vpv[n-1]，前一周期采樣所得到的光伏電池板的輸出電流平均值為Ipv[n-1]。
[0040](2)根據(jù)當(dāng)前周期所采樣到的光伏電池板的輸出電壓平均值Vpv[n]、輸出電流平均值Ipv [η]和前一周期所采集到的光伏電池板的輸出電壓平均值Vpv [η-1]、輸出電流平均值Ιρν[η_1]計(jì)算出光伏電池板的功率變化量Λ P和光伏電池板的電壓變化量AU:
[0041 ] ΔP=Vpv[η]*Ipv[n]-Vpv[η_1]*Ιρν[η-1]
[0042]Δ U=Vpv[η]-Vpv[η-1]
[0043](3)將-(ΛΡ/AU)作為反饋量MpptCtrlP1.Fdb賦值給第一級PI調(diào)節(jié)器，將O作為目標(biāo)量MpptCtrlP1.Ref賦值給第一級PI調(diào)節(jié)器，第一級PI調(diào)節(jié)器的算法框圖如附圖4所示，其中Fdb代表其反饋量，Ref代表其目標(biāo)量，Out代表其輸出量。
[0044](4)計(jì)算得出第一級PI調(diào)節(jié)器的輸出量MpptCtrlP1.0ut。
[0045](5)將當(dāng)前周期所采樣得到的光伏電池板的輸出電壓平均值Vpv[n]作為反饋量BusCtrlP1.Fdb賦值給第二級PI調(diào)節(jié)器，將第一級PI調(diào)節(jié)器的輸出量MpptCtrlP1.0ut作為目標(biāo)量BusCtrlP1.Ref賦值給第二級PI調(diào)節(jié)器，第二級PI調(diào)節(jié)器的算法框圖如附圖5所示，同樣的，F(xiàn)db代表其反饋量，Ref代表其目標(biāo)量，Out代表其輸出量。
[0046](6)計(jì)算得出第二級PI調(diào)節(jié)器的輸出量BusCtrlP1.0ut ；
[0047](7)根據(jù)第二級PI調(diào)節(jié)器的輸出量BusCtrlP1.0ut得出DC-AC變換環(huán)節(jié)的電流指令值IdRef:
[0048]IdRef=BusCtrlP1.0ut+Vpv[η]*Ipv[n]*Ks
[0049]其中，Ks為常量。
[0050](8)根據(jù)DC-AC變換環(huán)節(jié)的電流指令值控制DC-AC變換環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對單級式光伏逆變器的MPPT控制。
[0051]該控制方法的原理如下:
[0052]由附圖1所示的光伏電池板的固有特性可知:
[0053]當(dāng)光伏電池板工作在最大功率點(diǎn)時，其功率變化量ΛΡ和電壓變化量AU的比值ΔΡ/Δ V=O ；
[0054]當(dāng)光伏電池板工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)時，Λ P/Λ V>0 ;
[0055]當(dāng)光伏電池板工作在最大功率點(diǎn)右側(cè)時，ΛΡ/AVCO0
[0056]根據(jù)這一特性，弓丨入抗積分飽和的PI調(diào)節(jié)器，把-(Λ P/ Λ U)作為反饋量，O作為目標(biāo)量進(jìn)入PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的輸出為PV電壓的參考Vref。根據(jù)PI調(diào)節(jié)器特性(如圖
4)可知:
[0057]當(dāng)-(Λ P/ Λ U) >0時，PI調(diào)節(jié)器會減小輸出Vref ；[0058]當(dāng)-(Λ P/ Λ U)〈O時，PI調(diào)節(jié)器會增加輸出Vref ；
[0059]當(dāng)-(Λ P/ Λ U) =0時，PI調(diào)節(jié)器會保持輸出Vref。
[0060]從而通過兩級PI調(diào)節(jié)器，最終會使光伏電池板工作到Vmpp處，追蹤到最大功率點(diǎn)。
[0061]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種單級式光伏逆變器的MPPT控制方法，用于控制與光伏電池板相連接的單級式光伏逆變器以實(shí)現(xiàn)光伏電池板的最大功率點(diǎn)追蹤，其特征在于:該方法采用兩級PI調(diào)節(jié)器在單級式光伏逆變器中的DC-AC變換環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)；其包括: (O按周期采樣光伏電池板的輸出電壓平均值、輸出電流平均值； (2)根據(jù)當(dāng)前周期所采樣到的光伏電池板的輸出電壓平均值、輸出電流平均值和前一周期所采集到的光伏電池板的輸出電壓平均值、輸出電流平均值計(jì)算出光伏電池板的功率變化量Λ P和光伏電池板的電壓變化量AU; (3)將-(ΛP/ Λ U)作為反饋量賦值給第一級所述的PI調(diào)節(jié)器，將O作為目標(biāo)量賦值給第一級所述的PI調(diào)節(jié)器； (4)計(jì)算得出第一級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量； (5)將當(dāng)前周期所采樣得到的光伏電池板的輸出電壓平均值作為反饋量賦值給第二級所述的PI調(diào)節(jié)器，將第一級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量作為目標(biāo)量賦值給第二級所述的PI調(diào)節(jié)器； (6)計(jì)算得出第二級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量； (7)根據(jù)第二級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量得出DC-AC變換環(huán)節(jié)的電流指令值； (8)根據(jù)所述的DC-AC變換環(huán)節(jié)的電流指令值控制DC-AC變換環(huán)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級式光伏逆變器的MPPT控制方法，其特征在于:步驟(2)中，光伏電池板的功率變化量`
ΔP=Vpv[η]*Ipv[n]-Vpv[η_1]*Ιρν[η_1], 光伏電池板的電壓變化量
ΔU=Vpv[n]-Vpv[η_1]， 其中，Vpv[n]為當(dāng)前周期所采樣到的光伏電池板的輸出電壓平均值，Ipv[η]為當(dāng)前周期所采樣到的光伏電池板的輸出電流平均值，Vpv[n-1]為前一周期所采樣到的光伏電池板的輸出電壓平均值，Ipv[n-1]為前一周期所采樣到的光伏電池板的輸出電流平均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單級式光伏逆變器的MPPT控制方法，其特征在于:步驟(7)中，DC-AC變換環(huán)節(jié)的電流指令值
IdRef=BusCtrlP1.0ut+Vpv[η]*Ipv[n]*Ks， 其中，BusCtrlP1.0ut為第二級所述的PI調(diào)節(jié)器的輸出量，Ks為常量。
【文檔編號】G05F1/67GK103631309SQ201310576811
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】王曉陽 申請人:江蘇兆伏新能源有限公司