專利名稱：基于導納最優(yōu)法的光伏并網(wǎng)逆變器mppt系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，具體而言是基于導納最優(yōu)法的光伏并網(wǎng)逆變器MPPT 系統(tǒng)。
背景技術：
光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、成本、效率等很大部分取決于光伏并網(wǎng)逆變電源。電源的 品質如對電網(wǎng)污染嚴重、波形畸變等決定電網(wǎng)是否可以接受。因為太陽能光伏組件的效率 很低(國內(nèi)、外的效率都是15%左右)，而且材料成本較高，這是光伏發(fā)電不能像太陽能熱 水器一樣普及的根本原因。舉一例子一個家庭的負載容量是2KW，而目前的太陽能光伏組 件的價格大約是15元人民幣/瓦，這樣就是太陽能光伏組件一項就需要3萬元人民幣，這 個價格對于大多數(shù)的家庭來說是很高的，所以就需要能讓太陽能光伏組件在同樣的日照和 溫度下盡可能多的輸出電能，從而節(jié)約太陽能光伏系統(tǒng)的成本，這樣在理論和實踐上就提 出了最大功率點跟蹤(MPPT-Max Power PointerTracking)的問題。光伏電池板提升效率 的空間和可能性目前尚屬于未知數(shù)，但是通過技術創(chuàng)新可以實現(xiàn)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)向高效低成 本方向發(fā)展，如利用導納最優(yōu)方法提升MPPT跟蹤效果，可以比目前太陽能利用系統(tǒng)利用效 率提高20%左右。所以，一款高效低成本的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)示范工程能極大推動光伏并網(wǎng)發(fā) 電事業(yè)的發(fā)展。由于太陽能光伏組件U-I的強烈的非線性和受溫度的影響很大，這樣就使得最大 功率點跟蹤(MPPT)的實現(xiàn)變的非常復雜，而目前日本、美國和歐洲主要采用的方法是電導 增量法(Incremental Conductance Algorithms)，這種方法實現(xiàn)的最大優(yōu)點是當太陽電 池上的照度發(fā)生變化時，其輸出端電壓能以平穩(wěn)的方式跟隨其變化，電壓晃動相對擾動法 較小，像德國殼牌公司，日本的京瓷公司就是采用的這種方法實現(xiàn)的，但它明顯的不足就 是算法非常的復雜，在跟蹤的過程中需要花費相當多的時間去執(zhí)行A/D轉換，這對微處理 器在控制上會造成相當大的困難。國內(nèi)主要采用的是擾動觀察法P&CKPerturb&Observe Algorithms)，此法最大的特點在于模塊化控制回路，跟蹤法則簡明，容易實現(xiàn)，缺點是只能 在最大功率點附近震蕩運行，導致部分功率損失，初始值及跟蹤步長的給定對跟蹤精度和 速度有較大的影響，有時會發(fā)生程序運行的失序(“誤判”)現(xiàn)象。國內(nèi)的單位像合肥工業(yè) 大學能源研究所等多采用這種方式實現(xiàn)。由于太陽能光伏組件U-I強烈的非線性和受溫度的影響很大，這樣 就使得實現(xiàn)MPPT變得非常復雜，而目前日本、美國和歐洲主要采用電導增量 法(IncrementalConductance Algorithms)，國內(nèi)主要采用的是擾動觀察法 P&CKPerturb&ObserveAlgorithms)、其它還采用干擾觀測法、模糊邏輯控制和最優(yōu)梯度法、 “上山法(一階差分法)”等，但是上述方法在控制精度、穩(wěn)定性和運算難度方面均有不足， 在實際運用中，要么對硬件要求高，要么出現(xiàn)程序失序現(xiàn)象，不能保證MPPT系統(tǒng)的正常運 行。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術中出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提出一種技術方案本發(fā)明創(chuàng)造結合電導增量法和模糊控制法的優(yōu)點，研發(fā)了基于導納最優(yōu)法的光伏 并網(wǎng)逆變器MPPT系統(tǒng)，建立模糊化的傳遞函數(shù)和反模糊化判決。通過光伏陣列P-U曲線求 出光伏陣列Pmax，快速跟隨電壓電平變化，不要求很復雜化的算法，能夠快速追蹤太陽能電 池最大功率，并可以很好地適應各種場合對光伏系統(tǒng)MPPT控制的要求，試驗證明此方法， 較電導增量法具有更好的兼容不同系統(tǒng)和快速等效果。本發(fā)明的有益效果經(jīng)過大量的實驗與測試，顯示其實時性和動態(tài)性能非常好，而且跟蹤穩(wěn)定，不會出 現(xiàn)誤判現(xiàn)象，跟蹤精度高達99 %。
四

圖1是本發(fā)明的光伏陣列伏安特性及MPPT尋優(yōu)曲線。圖2是本發(fā)明的高效低成本并網(wǎng)技術路線圖。圖3是本發(fā)明的并網(wǎng)逆變原理圖。圖4是本發(fā)明的光伏并網(wǎng)電源系統(tǒng)組織框圖。圖5是本發(fā)明的并網(wǎng)逆變智能控制圖。圖6是本發(fā)明的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制用參考電流提取算法。圖7是本發(fā)明的交替型Boost功率因數(shù)校正電路。圖8是本發(fā)明的交替型Boost功率因數(shù)校正電路的四個工作狀態(tài)。
五具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明創(chuàng)造作進一步說明由于光伏電池在不同的工作條件下其輸出電能具有不同的伏安特性，呈非線性 特征，因而需要對光伏電池的輸出最大功率點進行跟蹤，使其輸出電能始終工作在最大 功率上，以最大限度地利用太陽能，這對光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定高效工作起到至關重要的作用。 MPPT(Max Power Pointer Tracking)是當前采用較為廣泛的一種光伏陣列功率點控制方 式。這種方式實時調(diào)整發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流，來跟蹤最大功率點。本系統(tǒng)采用導納最優(yōu)法來 實現(xiàn)MPPT跟蹤，實驗結果發(fā)現(xiàn)采用的導納最優(yōu)法實時性和動態(tài)性能非常好，而且很穩(wěn)定， 不會出現(xiàn)誤判斷現(xiàn)象，精度高達99%，應用前景非常好。以下是性能比較表一 MPPT各種方法比較
權利要求
1.基于導納最優(yōu)法的光伏并網(wǎng)逆變器MPPT系統(tǒng)，其特征在于它包括太陽能光伏組 件、PWM控制器，驅動電路，電抗器、傳感器、PI調(diào)節(jié)器，智能匹配接口等部分組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于導納最優(yōu)法的光伏并網(wǎng)逆變器MPPT系統(tǒng)，其特征在于 系統(tǒng)對電網(wǎng)進行電流、電壓雙閉環(huán)控制，其中電流為瞬時閉環(huán)，電壓為前饋控制。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于導納最優(yōu)法的光伏并網(wǎng)逆變器MPPT系統(tǒng)，其特征在于 利用建立的并網(wǎng)逆變的數(shù)學模型，對功率器件的開通電流、電壓以及關斷電流、電壓進行最 小面積的控制，使開關功率損耗最小。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于導納最優(yōu)法的光伏并網(wǎng)逆變器MPPT系統(tǒng)，其特征在于 系統(tǒng)采用交替型雙BOOST功率因數(shù)校正電路。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于導納最優(yōu)法的光伏并網(wǎng)逆變器MPPT系統(tǒng)，其特征在于 系統(tǒng)還包括能量管理單元，所述能量管理單元將光伏陣列MPPT控制和基于瞬時無功理論 的無功和諧波電流補償控制有機地結合在一起，使光伏并網(wǎng)既可以向電網(wǎng)提供一定的有功 功率，又可以在一定程度上實現(xiàn)的無功和諧波電流補償。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于導納最優(yōu)法的光伏并網(wǎng)逆變器MPPT系統(tǒng)，其特征在于 系統(tǒng)建立模糊化的傳遞函數(shù)和反模糊化判決，通過光伏陣列P-U曲線求出光伏陣列Pmax， 快速跟隨電壓電平變化，能夠快速追蹤太陽能電池最大功率，并可以很好地適應各種場合 對光伏系統(tǒng)MPPT控制的要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于導納最優(yōu)法的光伏并網(wǎng)逆變器MPPT系統(tǒng)，本發(fā)明創(chuàng)造結合電導增量法，和模糊控制法的優(yōu)點，自主研發(fā)了導納最優(yōu)法，建立模糊化的傳遞函數(shù)和反模糊化判決。通過光伏陣列P-U曲線求出光伏陣列Pmax，快速跟隨電壓電平變化，不要求很復雜化的算法，能夠快速追蹤太陽能電池最大功率，并可以很好地適應各種場合對光伏系統(tǒng)MPPT控制的要求，試驗證明此方法，較電導增量法具有更好的兼容不同系統(tǒng)和快速等效果。經(jīng)過大量的實驗與測試，顯示其實時性和動態(tài)性能非常好，而且跟蹤穩(wěn)定，不會出現(xiàn)誤判現(xiàn)象，跟蹤精度高達99％。
文檔編號H02N6/00GK102148507SQ20101010685
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權日2010年2月8日
發(fā)明者孫邦伍, 張海波 申請人:南京冠亞電源設備有限公司