專利名稱：一種高精度最大功率點跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各種光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤方法。
技術(shù)背景對于光伏系統(tǒng)，最重要的就是調(diào)節(jié)PV端電壓，使其迅速收斂至最大功率點。 擾動觀察法因為其算法簡單,測量參數(shù)少而應用極其廣泛，但也存在明顯的缺點 一方面即使已經(jīng)運行在最大功率點附近，擾動仍不停止，即出現(xiàn)電壓振蕩而導致部分功率損失；另一方面，當光強快速變化時容易發(fā)生誤判。常規(guī)的擾動觀察法由于采用固定的步長進行運算，存在明顯缺陷若步長過小，會使光伏陣列較長 時間滯留在低功率輸出區(qū)；若步長過大，又會使系統(tǒng)振蕩加劇。變步長擾動觀察法是在常規(guī)擾動觀察法基礎(chǔ)上提出的，其可以在一定程度上 解決固定步長存在的問題，在快速性和精確性方面與擾動觀察法相比有很大的提 高，在外界環(huán)境變化不大的情況下，能夠精確跟蹤到最大功率點。但是如果在有 云的天氣下，光照強度變化比較劇烈，仍然會出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。并且當外界環(huán)境， 如光照強度，溫度等變化時，光伏曲線有可能出現(xiàn)局部最大功率點等情況，變步 長擾動觀察法在這種情況下將失效。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種變步長尋優(yōu)和基于功率預測的擾動觀察法相結(jié)合MPPT算 法，即基于功率預測的變步長擾動觀察法，能夠克服常規(guī)擾動觀察法、變步長擾 動觀察法等方法的缺點，解決誤判及局部最大功率等問題，快速、精確跟蹤到最 大功率點。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種高精度最大功率點跟蹤的方法，逆變器正常運行后，分別測量第k，第k+l/2以及第k+l個周期時光伏陣列輸出的直流電壓和直流電流，根據(jù)公式<formula>formula see original document page 4</formula>
分別計算P(K)、尸("l/2)、 P(K+1)的功率，P'(/Q按上述公式計算，再按公式# = />("1)-尸'(/0計算功率差值，根據(jù)公式1)進行判別，如果/fl(A:—1)>e，則執(zhí)行下一步判斷，判斷dP，若^/尸>0，則Slope=l，反之Slope二一l。如果/"(A: —1)<e，也對dP進行判別，dP〈0直接進入下一步操作，^>0則Slope取反，然后通過公式"("^~^在線計算3 (k)，最后fl(A: — 1)算出占空比D(K)對BOOST電路進行控制，如此不斷循環(huán)尋找最大功率點；其中V (K)為直流電壓采樣值；I (K)為直流電流采樣值；P (K)為Kr時刻在電壓^處測得功率；P(^ + l/2)為(K + l/2)r時刻在電壓^處測得功率；P'(《)為(K + l)r時刻預測功率；尸(K + 1)為(K + i)r時刻測得電壓^+,處的功率；dP為(x+i)r時刻同一曲線上的功率值差值；a (k)為本周期用于調(diào)整的占空比；a (k-1)為上一 周期用于調(diào)整的占空比；e為允許的誤差值；c為恒定系數(shù)；D(K)為本周期占空 比；D(K-1)為上一周期占空比；Slope為擾動方向。本發(fā)明提出一種基于功率預測的變步長擾動觀察法，不僅能夠在外部環(huán)境不 變的情況下快速、精確跟蹤到最大功率點，而且在光照很弱，如早上或晚上或外 部環(huán)境快速變化的情況下，克服誤判現(xiàn)象，并且避免跟蹤到局部最大功率點，跟 蹤到真正的最大功率點。能夠顯著的減小能量損失。提高系統(tǒng)跟蹤精度及整個光 伏系統(tǒng)的效率。


圖1為功率預測示意圖。圖2為基于功率預測的變步長擾動觀察法的MPPT算法的流程圖。 圖3基于前級DC-AC逆變器實現(xiàn)MPPT的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖'
具體實施例方式
如圖1所示，由于開關(guān)頻率較高，這里我們可以假定在一個周期中，光照的然后在(x + i/2)r時刻使參考電壓增加AF ，在(K + i)r時刻測得電壓^+,處的功率尸(/: + i)，計算功率值差值fi /^p(/c + i)-r(/:)。實現(xiàn)變步長算法時， 一般在電流變化率低于7%時，認為光伏陣列工作于類 似恒流源區(qū)，此時每次電壓變化的步長為原來電壓的10%;而當電流變化率高于 7%時，則認為光伏陣列工作在最大功率點附近或類似恒壓源區(qū)，此時每次電壓變 化的步長為原來電壓的0.3%。變步長算法在不改變精度的情況下，加快了尋優(yōu) 的速度。在基于開關(guān)變換器的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，MPPT總是通過控制開關(guān)的占空 比來實現(xiàn)的，即通過判斷邏輯，直接調(diào)整占空比D， D(yt)=D(A:-l)土w印，其中st印 是控制步長。當st印是定值時，即屬于定步長的MPPT算法；而當st印是變值 時，即屬于變步長的MPPT算法。對于變步長的MPPT算法，通?？紤]將step設(shè) 為dP/dU的線性函數(shù)，即Z)(" = Z)(it_l)±7Vx其中N為比例因數(shù)。當采用數(shù)字電路實現(xiàn)時，上式可轉(zhuǎn)化為JC7(2)単)—尸(yfc —1)(3)f/(A:)-f/(A:-l) 其中N為一個常量。該算法的具體實施方案采用基于前級DC-DC變換器MPPT控制的兩級光伏并 網(wǎng)逆變器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示(以并網(wǎng)逆變器為例進行說明，離網(wǎng)型類似)。 圖中前級的Boost型DC-DC變換器主要完成MPPT控制，即根據(jù)采樣當前光伏 陣列的輸出電壓和電流，經(jīng)過MPPT控制算法并通過控制Boost變換器開關(guān)管的 占空比來調(diào)節(jié)光伏陣列的工作點，使其逼近光伏陣列的最大功率點，圖中的MPPT 模塊即采用本專利的上述算法；而后級的DC-AC逆變器部分主要完成穩(wěn)定中間 DC母線電壓以及實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦電流控制。由于后級的DC-AC逆變器部分能夠穩(wěn)定中間直流母線電壓，因此隨著前級 Boost變換器開關(guān)占空比的增、減而使光伏陣列的輸出電壓也相應減、增。另外從伏安特性曲線可以知道光伏電池陣列的工作點是隨其工作電壓的變化而變化的，改變光伏電池陣列的工作電壓就能唯一的決定其工作點的位置，因而通過改變前級Boost變換器的開關(guān)占空比來調(diào)節(jié)光伏陣列的工作電壓，就可以方便地實 現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的MPPT控制。本文的算法，通過匯編或C語言程序?qū)懭肽孀兤骱诵目刂菩酒珼SP，驅(qū)動前 級BOOST電路按照流程圖的算法進行工作，即能很好地跟蹤到最大功率點。
權(quán)利要求
1、一種高精度最大功率點跟蹤方法，其特征在于逆變器正常運行后，分別測量第k，第k+1/2以及第k+1個周期時光伏陣列輸出的直流電壓和直流電流，根據(jù)公式P(K)＝V(K)*I(K)分別計算P(K)、P(K+1/2)、P(K+1)的功率，P′(K)按上述公式計算，再按公式dP＝P(K+1)-P′(K)計算功率差值，根據(jù)公式|dP/a(k-1)|進行判別，如果|dP/a(k-1)|＞e，則執(zhí)行下一步判斷，判斷dP，若dP＞0，則Slope＝1，反之Slope＝-1。如果|dP/a(k-1)|＜e，也對dP進行判別，dP＜0直接進入下一步操作，dP＞0則Slope取反，然后通過公式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>a</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>c</mi><mfrac> <mi>dP</mi> <mrow><mi>a</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009101449760002C1.tif" wi="27" he="9" top= "89" left = "106" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>在線計算a(k)，最后算出占空比D(K)對BOOST電路進行控制，如此不斷循環(huán)尋找最大功率點；其中V(K)為直流電壓采樣值；I(K)為直流電流采樣值；P(K)為KT時刻在電壓VK處測得功率；P(K+1/2)為(K+1/2)T時刻在電壓VK處測得功率；P′(K)為(K+1)T時刻預測功率；P(K+1)為(K+1)T時刻測得電壓VK+1處的功率；dP為(K+1)T時刻同一曲線上的功率值差值；a(k)為本周期用于調(diào)整的占空比；a(k-1)為上一周期用于調(diào)整的占空比；e為允許的誤差值；c為恒定系數(shù)；D(K)為本周期占空比；D(K-1)為上一周期占空比；Slope為擾動方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高精度最大功率點跟蹤方法，本方法是一種變步長尋優(yōu)和基于功率預測的擾動觀察法相結(jié)合MPPT算法，即基于功率預測的變步長擾動觀察法。能夠克服常規(guī)擾動觀察法、變步長擾動觀察法等方法的缺點，解決誤判及局部最大功率等問題，快速、精確跟蹤到最大功率點。
文檔編號H02N6/00GK101651436SQ20091014497
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者華 倪, 曹仁賢, 威 陳, 磊 陶 申請人:合肥陽光電源有限公司