本發(fā)明涉及光伏發(fā)電，特別是指單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著世界能源日益短缺，清潔能源的開發(fā)使用越來越被重視，其中光伏發(fā)電作為最為穩(wěn)定的清潔能源應(yīng)用最為廣泛，光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)通過逆變器連接電網(wǎng)，通過與電網(wǎng)之間的協(xié)作實現(xiàn)發(fā)電供電，其中兩級式逆變器增加了dc/dc變換器，使功率跟蹤和逆變并網(wǎng)相互獨立，控制起來更加簡便，光伏發(fā)電的特性是受光照條件影響較大，在光照條件穩(wěn)定時，系統(tǒng)輸出存在最大輸出功率點，其受到環(huán)境變化的影響，所對應(yīng)的電壓也隨之變化，找到最大功率點，確定對應(yīng)電壓值，并進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)始終工作在最大功率點附近，可以使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最高，對于提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電輸出效率有著重要的意義。

2、現(xiàn)有的功率點跟蹤系統(tǒng)存在以下缺陷：一是光伏發(fā)電系統(tǒng)在實際應(yīng)用中往往會受到一定程度上的遮蔽，現(xiàn)有的功率跟蹤系統(tǒng)容易陷入局部極值，難以在遮蔽條件下達(dá)到精準(zhǔn)的跟蹤效果；二是當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，會對整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出造成較大影響，現(xiàn)有的定電壓跟蹤系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差較大，能量轉(zhuǎn)化效率較低；三是現(xiàn)有的跟蹤系統(tǒng)在外部環(huán)境條件變化較快時，采用功率反饋算法確定最大功率點，實際功率點反復(fù)振蕩，可能會出現(xiàn)誤判的情況，影響系統(tǒng)的輸出效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提出一種單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，提高了跟蹤最大功率點的準(zhǔn)確性，避免陷入局部極值。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，包括光伏陣列模塊、dc/dc模塊、逆變器模塊和控制器模塊；所述光伏陣列模塊利用太陽能發(fā)電并輸出電壓；所述dc/dc模塊對所述光伏陣列模塊輸出的電壓進(jìn)行放大；所述逆變器模塊與所述控制dc/dc模塊和所述控制器模塊相連以將放大的電壓轉(zhuǎn)換成交流電，其特征在于：所述控制器模塊獲取所述光伏陣列模塊的輸出功率數(shù)據(jù)、光照度和環(huán)境溫度，并結(jié)合智能算法快速搜索全局最大功率點，根據(jù)所述最大功點控制所述dc/dc模塊調(diào)整輸出的電壓以及控制所述光伏陣列模塊調(diào)整工作點，使得光伏模塊的輸出功率接近所述最大功率點，實現(xiàn)功率點跟蹤。

4、采用rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對最大功率點進(jìn)行搜索，所述rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱藏層和輸出層；所述輸入層輸入所述光照度和所述環(huán)境溫度，所述隱藏層的節(jié)點采用高斯激活函數(shù)；所述輸入層中輸入的兩個向量直接連接到每個隱藏層的節(jié)點，所述隱藏層節(jié)點的輸出hj與所述輸出層輸出yk如下式所示：

5、

6、式中：f(.)為高斯函數(shù)，ii代表輸入的樣本集i的第i個樣本，cj是徑向基函數(shù)中心，r是高斯函數(shù)的方差，cj∈r；yk為所述rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的最大功率點；ωjk為輸出權(quán)重；b0為偏置，hj代表占空比樣本集的通過高斯函數(shù)在隱藏層中的映射。

7、采用梯度下降算法訓(xùn)練所述rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而獲得最優(yōu)的輸出權(quán)重。

8、將所述輸出層輸出的最大功率點對應(yīng)的pwm信號占空比值作為樣本集，并隨機選擇樣本；將迭代計數(shù)器置0并設(shè)定最大迭代次數(shù)n，通過將樣本集里的實時樣本與相鄰樣本比較，實時更新所述rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的最大功率點yk，每次循環(huán)結(jié)束后更新迭代計數(shù)器的值，當(dāng)?shù)螖?shù)大于預(yù)設(shè)最大迭代次數(shù)時，則停止循環(huán)；所述實時樣本為當(dāng)前輸出的最大功率點所對應(yīng)的pwm信號占空比值，所述相鄰樣本是指迭代次數(shù)增加前后預(yù)測出的最大功率點所對應(yīng)的pwm信號占空比值。

9、所述dc/dc模塊設(shè)置有boost單元，boost單元設(shè)置有放大管q1，所述控制器模塊根據(jù)最大功率點并結(jié)合功率與電壓的變化率設(shè)定步長，每隔一個步長按照擾動方向調(diào)整所述放大管q1的占空比。

10、當(dāng)所述光伏陣列模塊的輸出功率與所述最大功率點的差值大于設(shè)定閾值時，設(shè)定第一步長；當(dāng)所述光伏陣列模塊的輸出功率與所述最大功率點的差值小于設(shè)定閾值時，設(shè)定第二步長，所述第二步長小于第一步長。

11、根據(jù)所述光伏陣列模塊的輸出功率的變換來確定擾動反向，包括增大或減小所述放大管q1的占空比；每隔一個步長按照確定的所述擾動方向調(diào)整所述放大管q1的占空比：若所述輸出功率增加，則繼續(xù)按照上一步長的擾動方向調(diào)整所述放大管q1的占空比；若所述輸出功率減小，則按照與上一步長相反的擾動方向調(diào)整所述放大管q1的占空比。

12、所述逆變器模塊包括逆變控制單元、全橋逆變電路和并網(wǎng)濾波器，所述全橋逆變電路與所述dc/dc模塊的輸出端相連以將輸出的電壓轉(zhuǎn)換成交流電，所述并網(wǎng)濾波器與所述全橋逆變電路的輸出端相連以對輸出電流中的高頻分量進(jìn)行濾除；所述逆變控制單元與全橋逆變電路和并網(wǎng)濾波器相連以依據(jù)電壓電流雙閉環(huán)控制策略，輸出spwm信號以控制全橋逆變電路的開關(guān)管的通斷實現(xiàn)并網(wǎng)逆變功能。

13、所述逆變器模塊還包括過流保護(hù)單元、過壓保護(hù)單元、欠壓保護(hù)單元和溫度保護(hù)單元；所述過流保護(hù)單元與所述全橋逆變電路相連以在檢測值超過設(shè)定值時調(diào)整輸出占空比關(guān)斷全橋逆變電路的開關(guān)管實現(xiàn)過流保護(hù)功能；所述過壓保護(hù)單元和欠壓保護(hù)單元實時采樣全橋逆變電路與所述dc/dc模塊間的電壓值并在電壓值超過設(shè)定范圍時調(diào)整輸出占空比關(guān)斷全橋逆變電路的開關(guān)管實現(xiàn)過壓與欠壓保護(hù)功能；所述溫度保護(hù)單元通過實時采集全橋逆變電路的環(huán)境溫度并在溫度超過設(shè)定值時調(diào)整輸出占空比關(guān)斷全橋逆變電路的開關(guān)管。

14、所述光伏陣列模塊包括光伏電池單元、電流傳感單元、電壓傳感單元、短路保護(hù)單元和執(zhí)行單元；所述電流傳感單元和所述電壓傳感單元與所述光伏電池單元相連以檢測所述光伏電池單元的電流信息和電壓信息，所述短路保護(hù)單元與所述光伏電池單元相連以實現(xiàn)短路保護(hù)，所述執(zhí)行單元與所述光伏電池單元相連以調(diào)整光伏電池的工作點。由上述對本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

15、本發(fā)明設(shè)計有功率點的搜索與跟蹤相互獨立的系統(tǒng)，避免陷入局部極值，提高了跟蹤最大功率點的準(zhǔn)確性；通過擾動觀察法，采用功率反饋的方法進(jìn)行實時反饋跟蹤，在溫度變化的條件下可以及時調(diào)整跟蹤最大功率點，通過設(shè)定擾動閾值限定擾動布長，避免在環(huán)境變化較大的情況下不停增大擾動，導(dǎo)致在最大功率點附近振蕩難以鎖定的問題。

技術(shù)特征：

1.單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，包括光伏陣列模塊、dc/dc模塊、逆變器模塊和控制器模塊；所述光伏陣列模塊利用太陽能發(fā)電并輸出電壓；所述dc/dc模塊對所述光伏陣列模塊輸出的電壓進(jìn)行放大；所述逆變器模塊與所述控制dc/dc模塊和所述控制器模塊相連以將放大的電壓轉(zhuǎn)換成交流電，其特征在于：所述控制器模塊獲取所述光伏陣列模塊的輸出功率數(shù)據(jù)、光照度和環(huán)境溫度，并結(jié)合智能算法快速搜索全局最大功率點，根據(jù)所述最大功點控制所述dc/dc模塊調(diào)整輸出的電壓以及控制所述光伏陣列模塊調(diào)整工作點，使得光伏模塊的輸出功率接近所述最大功率點，實現(xiàn)功率點跟蹤。

2.如權(quán)利要求1所述的單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：采用rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對最大功率點進(jìn)行搜索，所述rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱藏層和輸出層；所述輸入層輸入所述光照度和所述環(huán)境溫度，所述隱藏層的節(jié)點采用高斯激活函數(shù)；所述輸入層中輸入的兩個向量直接連接到每個隱藏層的節(jié)點，所述隱藏層節(jié)點的輸出hj與所述輸出層輸出yk如下式所示：

3.如權(quán)利要求2所述的單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：采用梯度下降算法訓(xùn)練所述rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而獲得最優(yōu)的輸出權(quán)重。

4.如權(quán)利要求2所述的單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：將所述輸出層輸出的最大功率點對應(yīng)的pwm信號占空比值作為樣本集，并隨機選擇樣本；將迭代計數(shù)器置0并設(shè)定最大迭代次數(shù)n，通過將樣本集里的實時樣本與相鄰樣本比較，實時更新所述rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的最大功率點yk，每次循環(huán)結(jié)束后更新迭代計數(shù)器的值，當(dāng)?shù)螖?shù)大于預(yù)設(shè)最大迭代次數(shù)時，則停止循環(huán)；所述實時樣本為當(dāng)前輸出的最大功率點所對應(yīng)的pwm信號占空比值，所述相鄰樣本是指迭代次數(shù)增加前后預(yù)測出的最大功率點所對應(yīng)的pwm信號占空比值。

5.如權(quán)利要求1所述的單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：所述dc/dc模塊設(shè)置有boost單元，boost單元設(shè)置有放大管q1，所述控制器模塊根據(jù)最大功率點并結(jié)合功率與電壓的變化率設(shè)定步長，每隔一個步長按照擾動方向調(diào)整所述放大管q1的占空比。

6.如權(quán)利要求5所述的單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：當(dāng)所述光伏陣列模塊的輸出功率與所述最大功率點的差值大于設(shè)定閾值時，設(shè)定第一步長；當(dāng)所述光伏陣列模塊的輸出功率與所述最大功率點的差值小于設(shè)定閾值時，設(shè)定第二步長，所述第二步長小于第一步長。

7.如權(quán)利要求5所述的單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：根據(jù)所述光伏陣列模塊的輸出功率的變換來確定擾動反向，包括增大或減小所述放大管q1的占空比；每隔一個步長按照確定的所述擾動方向調(diào)整所述放大管q1的占空比：若所述輸出功率增加，則繼續(xù)按照上一步長的擾動方向調(diào)整所述放大管q1的占空比；若所述輸出功率減小，則按照與上一步長相反的擾動方向調(diào)整所述放大管q1的占空比。

8.如權(quán)利要求1所述的單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：所述逆變器模塊包括逆變控制單元、全橋逆變電路和并網(wǎng)濾波器，所述全橋逆變電路與所述dc/dc模塊的輸出端相連以將輸出的電壓轉(zhuǎn)換成交流電，所述并網(wǎng)濾波器與所述全橋逆變電路的輸出端相連以對輸出電流中的高頻分量進(jìn)行濾除；所述逆變控制單元與全橋逆變電路和并網(wǎng)濾波器相連以依據(jù)電壓電流雙閉環(huán)控制策略，輸出spwm信號以控制全橋逆變電路的開關(guān)管的通斷實現(xiàn)并網(wǎng)逆變功能。

9.如權(quán)利要求8所述的單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：所述逆變器模塊還包括過流保護(hù)單元、過壓保護(hù)單元、欠壓保護(hù)單元和溫度保護(hù)單元；所述過流保護(hù)單元與所述全橋逆變電路相連以在檢測值超過設(shè)定值時調(diào)整輸出占空比關(guān)斷全橋逆變電路的開關(guān)管實現(xiàn)過流保護(hù)功能；所述過壓保護(hù)單元和欠壓保護(hù)單元實時采樣全橋逆變電路與所述dc/dc模塊間的電壓值并在電壓值超過設(shè)定范圍時調(diào)整輸出占空比關(guān)斷全橋逆變電路的開關(guān)管實現(xiàn)過壓與欠壓保護(hù)功能；所述溫度保護(hù)單元通過實時采集全橋逆變電路的環(huán)境溫度并在溫度超過設(shè)定值時調(diào)整輸出占空比關(guān)斷全橋逆變電路的開關(guān)管。

10.如權(quán)利要求1所述的單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：所述光伏陣列模塊包括光伏電池單元、電流傳感單元、電壓傳感單元、短路保護(hù)單元和執(zhí)行單元；所述電流傳感單元和所述電壓傳感單元與所述光伏電池單元相連以檢測所述光伏電池單元的電流信息和電壓信息，所述短路保護(hù)單元與所述光伏電池單元相連以實現(xiàn)短路保護(hù)，所述執(zhí)行單元與所述光伏電池單元相連以調(diào)整光伏電池的工作點。

技術(shù)總結(jié)
單相兩級光伏并網(wǎng)逆變器遮光條件下功率點跟蹤系統(tǒng)，包括光伏陣列模塊、DC/DC模塊、逆變器模塊和控制器模塊；光伏陣列模塊利用太陽能發(fā)電并輸出電壓；DC/DC模塊對光伏陣列模塊輸出的電壓進(jìn)行放大；逆變器模塊與控制DC/DC模塊和控制器模塊相連以將放大的電壓轉(zhuǎn)換成交流電，控制器模塊獲取光伏陣列模塊的輸出功率數(shù)據(jù)、光照度和環(huán)境溫度，并結(jié)合智能算法快速搜索全局最大功率點，根據(jù)最大功點控制DC/DC模塊調(diào)整輸出的電壓以及控制光伏陣列模塊調(diào)整工作點，使得光伏模塊的輸出功率接近最大功率點，實現(xiàn)功率點跟蹤。本發(fā)明系統(tǒng)提高了跟蹤最大功率點的準(zhǔn)確性，避免陷入局部極值。

技術(shù)研發(fā)人員：楊偉鋒,孫游成,翁宏錦,石紫亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9