本發(fā)明涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進(jìn)電導(dǎo)增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法。

背景技術(shù)：

最大功率點(diǎn)跟蹤(maximumpowerpointtracking，簡(jiǎn)稱(chēng)mppt)控制是dc/dc或dc/ac變流器中使光伏組件工作在最大功率點(diǎn)的控制方式，使光伏陣列輸出功率最大，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)具有較高的效率。在太陽(yáng)輻照和溫度均勻的情況下，光伏組件存在如圖1所示的p-v(功率-電壓)特性曲線，由光伏組件串并聯(lián)組成的光伏陣列也存在相同的輸出特性曲線。在無(wú)陰影情況下，光伏逆變器的最大跟蹤效率能達(dá)到99％，但當(dāng)出現(xiàn)陰影遮擋和溫度不均勻時(shí)，p-v曲線將出現(xiàn)圖2所示的多峰值情況。采用擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法、爬山法等傳統(tǒng)的mppt算法，將會(huì)陷入p-v曲線最右側(cè)的極值點(diǎn)。而通常最右側(cè)的極值點(diǎn)并不一定為最大功率點(diǎn)，這將導(dǎo)致光伏系統(tǒng)發(fā)電量大大降低。因此mppt效率是決定光伏逆變器發(fā)電量最重要的因素，其對(duì)發(fā)電量的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了光伏逆變器的轉(zhuǎn)換效率。

為解決傳統(tǒng)mppt方法在光伏輸出多峰值情況下極易陷入局部極值點(diǎn)，不能找到最大功率值的問(wèn)題，有人提出利用粒子群等智能算法進(jìn)行全面掃描，確定最大功率點(diǎn)的大概位置后再利用傳統(tǒng)的mppt方法就近搜索；也有人根據(jù)光伏最大功率點(diǎn)電壓規(guī)律，提出特定電壓范圍進(jìn)行掃描的方法。這些方法雖然能夠準(zhǔn)確找到最大功率點(diǎn)，但其啟動(dòng)最大功率點(diǎn)掃描算法時(shí)所依據(jù)的瞬態(tài)功率波動(dòng)和穩(wěn)態(tài)功率波動(dòng)的幅值較大，并且不對(duì)單峰值情況與多峰值情況進(jìn)行區(qū)分，在出現(xiàn)多峰值時(shí)功率波動(dòng)過(guò)小將不能觸發(fā)掃描算法，并且在單峰值時(shí)功率波動(dòng)過(guò)大將觸發(fā)算法，這將造成多峰值mppt算法效率的下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決陰影下光伏逆變器對(duì)光伏陣列多峰值輸出的全局最大功率點(diǎn)跟蹤問(wèn)題，提出一種多峰值算法觸發(fā)方法，提高光伏逆變器在陰影條件和無(wú)陰影條件下mppt跟蹤效率。

為達(dá)到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明還公開(kāi)一種基于改進(jìn)電導(dǎo)增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法，包括步驟如下：

步驟1，初始化光伏逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤控制參數(shù)；

步驟2，使用分段變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法跟蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓與光伏逆變器工作電壓，并判斷光伏逆變器是否進(jìn)入穩(wěn)態(tài)；

步驟3，當(dāng)判斷光伏逆變器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，且其瞬時(shí)功率波動(dòng)大于功率閾值，則采用陰影判斷法監(jiān)視光伏陣列陰影情況是否發(fā)生改變；

步驟4，若陰影情況發(fā)生改變，則對(duì)光伏陣列實(shí)行全局最大功率點(diǎn)掃描，使光伏陣列輸出電壓從大到小，在給定最大功率點(diǎn)電壓值附近采用分段定步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法進(jìn)行掃描，直到滿(mǎn)足掃描終止條件，確定全局最大功率點(diǎn)；

步驟5，完成一次全局最大功率點(diǎn)掃描后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，在全局最大功率點(diǎn)處采用分段變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法跟蹤光伏陣列的全局最大功率點(diǎn)，循環(huán)進(jìn)入步驟3。

進(jìn)一步，所述步驟1的逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤控制參數(shù)包括光伏陣列中光伏組件信息、串聯(lián)光伏組件數(shù)和光伏陣列電氣參數(shù)；

進(jìn)一步，步驟2所述的分段變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法實(shí)現(xiàn)跟蹤的具體方法如下：

步驟21，判斷當(dāng)前光伏逆變器工作電壓與最大功率點(diǎn)電壓的位置，確定當(dāng)前電壓在最大功率點(diǎn)電壓的左側(cè)還是右側(cè)，并記錄該位置；

步驟22，根據(jù)當(dāng)前功率選擇分段占空比調(diào)整步長(zhǎng)δdλ，并計(jì)算步長(zhǎng)調(diào)整系數(shù)k；

步驟23，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間t下的工作電壓所在位置更新占空比：dt＝dt-1+ktδdλ,t，若接近極值點(diǎn)附近，則微調(diào)占空比dt。

進(jìn)一步，所述步長(zhǎng)調(diào)整系數(shù)k的計(jì)算方法為：步長(zhǎng)調(diào)整系數(shù)k默認(rèn)為1，當(dāng)時(shí)，其中位置符號(hào)k取值為1或-1,取-1表示在最大功率點(diǎn)左側(cè)，取1表示在最大功率點(diǎn)右側(cè)，i和di分別為光伏陣列輸出電流及其差分，v和dv分別為光伏陣列輸出電壓及其差分，a，b為給定系數(shù)。

進(jìn)一步，步驟3所述功率閾值為0.01pm。

進(jìn)一步，步驟3所述的陰影判斷法包括如下步驟：

步驟31，判斷光伏逆變器當(dāng)前是否處于穩(wěn)態(tài)最大功率點(diǎn)跟蹤工況，若處于穩(wěn)態(tài)工況，且瞬態(tài)功率波動(dòng)>0.01pm，則進(jìn)入陰影判斷；

步驟32，陰影判斷采用兩個(gè)判斷依據(jù)，滿(mǎn)足其一則判斷為存在陰影，第一個(gè)依據(jù)為當(dāng)前光伏逆變器輸入電壓與無(wú)陰影時(shí)的最大功率點(diǎn)電壓差值δv；第二個(gè)依據(jù)為光伏逆變器輸入電流和最大功率點(diǎn)電流比值f1，以及當(dāng)前功率和最大功率的比值f2；

步驟33，若存在陰影，判斷陰影是否發(fā)生變化，若f1和f2瞬態(tài)變化量均小于設(shè)定閾值，則陰影未發(fā)生變化，不進(jìn)入全局最大功率點(diǎn)掃描步驟，若存在陰影并且陰影發(fā)生變化，則進(jìn)入步驟4。

進(jìn)一步，步驟4所述的全局最大功率點(diǎn)掃描包括如下步驟：

步驟41,設(shè)定搜索起始電壓vs為光伏陣列最大功率點(diǎn)電壓vm，使光伏陣列輸出電壓從大到小，采用分段定步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法進(jìn)行粗搜索，若找到局部最大功率點(diǎn)，則記錄最大功率及其對(duì)應(yīng)的占空比；

步驟42，找到一個(gè)局部極值點(diǎn)后，記錄最大功率及其對(duì)應(yīng)的占空比，設(shè)定下一個(gè)起始搜索電壓，計(jì)算所對(duì)應(yīng)的占空比，輸出占空比；

步驟43，繼續(xù)進(jìn)行粗搜索直到觸發(fā)搜索終止條件，輸出全局最大功率所對(duì)應(yīng)的占空比，進(jìn)入步驟5。

本發(fā)明的一種基于改進(jìn)電導(dǎo)增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明所采用的陰影判斷步驟能夠有效判斷陰影變化情況，靈敏度高(能夠?qū)崿F(xiàn)0.01pm的功率變化檢測(cè))，判斷準(zhǔn)確，能夠高效啟動(dòng)全局最大功率點(diǎn)掃描算法，提高光伏逆變器發(fā)電效率。

2.本發(fā)明所采用全局最大功率點(diǎn)掃描步驟，搜索時(shí)所給定的掃描初始電壓與局部最大功率點(diǎn)相近，并采用電壓從大到小的搜索方向和搜索終止判斷，均能提高搜索效率。

3.本發(fā)明采用分段定步長(zhǎng)和分段變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法相結(jié)合，能夠快速動(dòng)態(tài)尋找全局最大功率點(diǎn)，并提高穩(wěn)態(tài)最大功率點(diǎn)跟蹤效率。

附圖說(shuō)明

圖1為無(wú)陰影條件下光伏陣列的功率-電壓曲線圖；

圖2為陰影條件下光伏陣列的功率-電壓曲線圖；

圖3為本發(fā)明的一種基于改進(jìn)電導(dǎo)增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法所應(yīng)用的光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明的一種基于改進(jìn)電導(dǎo)增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法的步驟圖；

圖5為本發(fā)明的一種基于改進(jìn)電導(dǎo)增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法的流程圖；

圖6為本發(fā)明的一種基于改進(jìn)電導(dǎo)增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法在突變陰影條件下的最大功率點(diǎn)跟蹤結(jié)果圖；

圖7為本發(fā)明的一種基于改進(jìn)電導(dǎo)增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法在漸變陰影條件下的最大功率點(diǎn)跟蹤結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。

參看圖3至圖5，本發(fā)明方法可用于單級(jí)和雙級(jí)并網(wǎng)逆變器，這里以雙級(jí)并網(wǎng)逆變器為例進(jìn)行說(shuō)明，采用雙級(jí)并網(wǎng)逆變器的光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖4和圖5分別為本發(fā)明方法的步驟圖和流程圖；本發(fā)明主要針對(duì)光伏陣列在陰影下，因各串聯(lián)光伏組件輸出特性不匹配而呈多峰曲線，采用陰影實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)判斷步驟實(shí)現(xiàn)陰影準(zhǔn)確、靈敏判斷，并采用分段定步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法在陰影發(fā)生變化后快速搜索到最大功率點(diǎn)，搜索結(jié)束后采用分段變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法對(duì)最大功率點(diǎn)精確跟蹤，實(shí)現(xiàn)陰影下光伏陣列的全局最大功率點(diǎn)跟蹤。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種基于改進(jìn)電導(dǎo)增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法，其公開(kāi)如下：

步驟1，初始化光伏逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤控制參數(shù)；

步驟2，使用分段變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法跟蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓與光伏逆變器工作電壓，并判斷光伏逆變器是否進(jìn)入穩(wěn)態(tài)；

步驟3，當(dāng)判斷光伏逆變器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，且其瞬時(shí)功率波動(dòng)大于功率閾值，則采用陰影判斷法監(jiān)視光伏陣列陰影情況是否發(fā)生改變；

步驟4，若陰影情況發(fā)生改變，則對(duì)光伏陣列實(shí)行全局最大功率點(diǎn)掃描，使光伏陣列輸出電壓從大到小，在給定最大功率點(diǎn)電壓值附近采用分段定步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法進(jìn)行掃描，直到滿(mǎn)足掃描終止條件，確定全局最大功率點(diǎn)；

步驟5，完成一次全局最大功率點(diǎn)掃描后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，在全局最大功率點(diǎn)處采用分段變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法跟蹤光伏陣列的全局最大功率點(diǎn)，循環(huán)進(jìn)入步驟3。

為了便于說(shuō)明本發(fā)明方法的具體實(shí)施步驟，上述方法具體實(shí)施例如下：

步驟1、初始化逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤控制參數(shù)，即設(shè)置逆變器參數(shù)，其包括光伏陣列中光伏組件信息、串聯(lián)光伏組件數(shù)n和光伏陣列電氣參數(shù)。所述光伏組件信息包括有功率溫度系數(shù)γm，電壓溫度系數(shù)βoc，串聯(lián)電池?cái)?shù)ns，所述光伏陣列電氣參數(shù)包括有最大功率點(diǎn)電壓vm、最大功率點(diǎn)電流im和最大功率pm。

步驟2、光伏逆變器啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)采用分段變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法。判斷當(dāng)前逆變器工作電壓與最大功率點(diǎn)電壓的位置，如果則在最大功率點(diǎn)左側(cè)，位置符號(hào)k＝1，如果則在最大功率點(diǎn)右側(cè)，k＝-1，其中i和di分別為光伏陣列輸出電流及其差分，v和dv分別為光伏陣列輸出電壓及其差分，a，b為給定系數(shù)；根據(jù)數(shù)值，分段選擇占空比調(diào)整步長(zhǎng)δdλ；計(jì)算步長(zhǎng)調(diào)整系數(shù)k，默認(rèn)為1，當(dāng)時(shí)，其中a，b為給定系數(shù)；更新占空比，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻位置符號(hào)kt和前一時(shí)刻位置符號(hào)kt-1關(guān)系選擇計(jì)算方式進(jìn)行粗調(diào)和微調(diào)，若ktkt-1＞0，則dt＝dt-1+ktδdλ,t，若ktkt-1＜0，則在極值點(diǎn)附近微調(diào)占空比，設(shè)定占空比調(diào)整量δdt＝-δdt-1/2，dt＝dt-1+δdt。

步驟3、判斷逆變器當(dāng)前是否處于穩(wěn)態(tài)，運(yùn)行在功率局部極值點(diǎn)，若處于穩(wěn)態(tài)工況，且瞬態(tài)功率波動(dòng)>功率閾值，在本實(shí)施例中優(yōu)選功率閾值為0.01pm，則進(jìn)入陰影判斷。陰影判斷采用以下兩個(gè)判斷依據(jù)，滿(mǎn)足其一則為存在陰影：

第一個(gè)依據(jù)為當(dāng)前逆變器輸入電壓與無(wú)陰影時(shí)的最大功率點(diǎn)電壓差值δv，其中vmx為根據(jù)當(dāng)前電壓范圍判斷的無(wú)陰影下最大功率點(diǎn)電壓，t為無(wú)陰影情況下的根據(jù)功率計(jì)算的溫度，vin和iin分別為光伏逆變器輸入直流電壓和電流，若δv＞d，則存在陰影，其中d為根據(jù)光伏陣列電壓設(shè)定的閾值；

第二個(gè)依據(jù)為光伏逆變器輸入電流和最大功率點(diǎn)電流比值f1，f1＝iin/im，以及當(dāng)前功率和最大功率的比值f2，f2＝viniin/(imvm)，若|f1-f2|＞0.1f2，則存在陰影。

若存在陰影，判斷陰影是否發(fā)生變化，若f1和f2瞬態(tài)變化量均小于0.1，則陰影未發(fā)生變化，不進(jìn)入全局最大功率點(diǎn)掃描步驟，若存在陰影并且陰影發(fā)生變化，則進(jìn)入全局最大功率點(diǎn)掃描階段。

步驟4、進(jìn)行全局最大功率點(diǎn)掃描時(shí)，使光伏陣列輸出電壓從n個(gè)串聯(lián)光伏組件均工作的無(wú)陰影最大功率點(diǎn)電壓開(kāi)始，采用分段定步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法進(jìn)行粗搜索，若找到局部最大功率點(diǎn)，則記錄最大功率及其對(duì)應(yīng)的占空比。使n減小，輸出n減小后的無(wú)陰影最大功率點(diǎn)電壓所對(duì)應(yīng)的占空比，繼續(xù)采用定步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法進(jìn)行粗搜索，更新最大功率及其對(duì)應(yīng)的占空比，直到逆變器輸入電壓超出逆變器輸入電壓范圍或者n＝n-1時(shí)無(wú)陰影最大功率比當(dāng)前最大功率小。搜索完畢后，輸出全局最大功率所對(duì)應(yīng)的占空比。

步驟5、完成一次全局最大功率點(diǎn)掃描后，在全局最大功率點(diǎn)處采用分段變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法跟蹤光伏陣列的全局最大功率點(diǎn)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)陰影變化，等待下一次觸發(fā)陰影判斷。

按照以上控制步驟，以雙級(jí)并網(wǎng)光伏逆變器為例，利用matlab/simulink搭建100kwp雙級(jí)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)仿真模型，將光伏陣列分為4組，每組輻照均勻，以瞬變和漸變兩種輻照變化為例進(jìn)行仿真，本發(fā)明最大功率點(diǎn)跟蹤結(jié)果分別如圖6和圖7所示，其功率的變化均能實(shí)時(shí)的跟蹤兩種輻照變化情況。

上述實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說(shuō)明書(shū)參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。