CN102354110B - 光伏发电***最大功率点跟踪基于温度变化的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏发电***最大功率点跟踪(MPPT)基于温度变化的控制方法。主要是解决现有控制方法存在着无温度跟踪和整体输出效率低的技术问题。本发明的技术方案是：光伏发电***最大功率点跟踪基于温度变化的控制方法，其根据公式，计算出光伏发电阵列基于温度变化的功率电压运行曲线上的电压增量即电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，通过控制该电压增量，动态寻找与温度变化相关的实时功率计算值ΔP(t，ΔT)，若无温度变化，按传统方法控制；若温度变化，及时动态调整电压搜索步长，寻找与该温度变化相关的实时功率计算值ΔP(t，ΔT)，实现对光伏发电阵列最大功率点跟踪的控制；该装置包括实时环境温度检测信息辅助电路1和主控制电路2等电路。

Description

光伏发电***最大功率点跟踪基于温度变化的控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏发电***最大功率点跟踪(MPPT)基于温度变化的控制方法。它属于一种基于太阳能光伏***温度变化时MPPT的控制方法。

背景技术

太阳能光伏发电阵列的输出电压电流曲线具有非线性的特性。光伏发电阵列可以工作在不同的输出电压，但只有输出在某一电压值时，光伏***的输出功率才能达到最大功率点。目前国内外已提出扰动观察法，电导增量法，自适应法等多种最大功率点跟踪(MPPT)的控制方法。由于MPPT主要受日光照度及环境温度的影响，但上述诸控制方法多考虑日光照度为主要变量因素，而忽略了环境温度对MPPT的制约。因此，在外部环境温度变化缓慢时上述诸方法行之有效，但外部环境温度发生急剧变化时，尤其是在草原、沙漠和偏远山区，上述各种控制方法追踪速度变慢且整体输出效率低。难以快速搜索到新MPPT，从而造成能量损失并可能出现误控制。

发明内容

本发明的目的是解决现有控制方法存在着追踪速度慢、无温度跟踪和整体输出效率低的技术问题，提供一种基于温度变化控制光伏发电***最大功率点跟踪和整体输出效率高的光伏发电***最大功率点跟踪基于温度变化的控制方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：

光伏发电***最大功率点跟踪(MPPT)基于温度变化的控制方法，其根据下列公式，计算出光伏发电阵列基于温度变化的功率电压运行曲线上的电压增量即电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，通过控制该阵列功率电压运行曲线上的电压增量即电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，动态寻找阵列功率电压运行曲线上的与温度变化相关的实时功率计算值ΔP(t，ΔT)，若无温度变化，ΔT＝0，则电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，实时功率计算值ΔP(t，ΔT)即为脉冲宽度调制(PWM)驱动电路和直流/直流升降压斩波电路上的控制量，按传统方法控制；若温度变化，及时动态调整电压搜索步长Δu_pv(t+1，ΔT)，使之跳跃至所处温度的功率电压运行曲线上，寻找与该温度变化相关的实时功率计算值ΔP(t，ΔT)，从而实现对光伏发电阵列最大功率点跟踪(MPPT)的控制；所述公式为：

Δu₀(t，ΔT)＝KΔu_pv(t-1，ΔT)(1-aΔT)(1+bΔT)    (1)

公式(1)中，Δu₀(t，ΔT)是t时刻光伏阵列与温度增量ΔT相关的实时采集计算的等效开路电压的增量，K是直流/直流升降压斩波电路占空比调整系数，Δu_pv(t-1，ΔT)是前一时刻的实时采集计算的光伏阵列与温度增量ΔT相关的等效直流电压增量，ΔT是t-1到t时刻的温度增量，a、b为温度变化系数：a＝0.0025/℃，b＝0.5/℃；

ΔI_sc(t，ΔT)＝ΔI_sc(t-1)(1+aΔT)    (2)

公式(2)中，ΔI_sc(t，ΔT)是t时刻光伏阵列与温度增量ΔT相关的实时采集计算的等效短路电流增量，ΔI_sc(t-1，ΔT)是前一时刻与温度增量ΔT相关的实时采集计算的光伏阵列等效短路电流增量；

$\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{pv}}(t,\mathrm{\ΔT})=\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{sc}}(t,\mathrm{\ΔT})\{1-[\exp \left(\frac{\mathrm{\Δ}{u}_{\mathrm{pv}}(t-1,\mathrm{\ΔT})}{\mathrm{\Δ}{u}_0(t-1,\mathrm{\ΔT})}\right)-1\left]\right\}---\left(3\right)$

公式(3)中，ΔI_pv(t，ΔT)是t时刻光伏阵列发出的与温度增量ΔT相关的等效直流电流增量，Δu₀(t-1，ΔT)是t-1时刻光伏阵列与温度增量ΔT相关的实时采集计算的等效开路电压的增量，

Δu_pv(t，ΔT)＝ΔI_pv(t，ΔT)Z_th(t，ΔT)    (4)

公式(4)中，Δu_pv(t，ΔT)是t时刻光伏阵列发出的与温度增量ΔT相关的等效直流电压增量，Z_th(t，ΔT)是t时刻并网逆变点X，公共点Y两点至电力***侧的与温度增量ΔT相关的等效戴维南阻抗；

ΔP(t，ΔT)＝Δu_pv(t，ΔT)ΔI_pv(t，ΔT)    (5)

公式(5)中，ΔP(t，ΔT)是t时刻光伏阵列的与温度增量ΔT相关的实时功率计算值；

所述控制方法的装置，它包括实时环境温度检测信息辅助电路1、主控制电路2、动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3、脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4、直流电流电压检测电路5、直流电流电压检测及滤波电路6、直流/直流升降压斩波电路7和动态控制变量比较电路8；实时环境温度检测信息辅助电路1与主控制电路2和动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3连接，将检测到的环境温度信息实时传送给主控制电路2和动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3；主控制电路2与动态控制变量比较电路8、动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3、直流电流电压检测及滤波电路6、脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4、实时环境温度检测信息辅助电路1和逆变并网装置连接，以根据实时环境温度检测信息辅助电路1传送的环境温度信息，实时观察环境温度信息寻找最佳功率电压运行曲线并搜索最优动态MPPT电压搜索步长，实时形成动态功率电压运行曲线，将其结果反馈给动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3和直流电流电压检测及滤波电路6，当温度变化值ΔT为零时，向脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4发出触发信号；动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3与主控制电路2相连，将实时计算与温度有关的等效直流电压u_pv(t，ΔT)、等效直流电流I_pv(t，ΔT)和等效直流功率P(t，ΔT)，以确定此时是否需要对所述的公式(1)和公式(2)进行调整，并与主控制电路2交换信息；动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3还与动态控制变量比较电路8相连，以当aΔT和bΔT不为零时，向动态控制变量比较电路8输出等效直流电压u_pv(t，ΔT)和等效直流功率P(t，ΔT)并与主控制电路2输出的与温度无关的等效直流电压u_pv(t)和与温度无关的等效直流功率P(t)进行比较，并输出与温度有关的等效直流电压增量Δu_pv(t，ΔT)和与温度有关的等效直流功率增量ΔP(t，ΔT)，即为脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4和直流/直流升降压斩波电路7的控制量；脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4与动态控制变量比较电路8、直流/直流升降压斩波电路7和主控制电路2相连接，实时接收动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3和主控制电路2的操作信息，发出触发脉冲去控制直流/直流升降压斩波电路7中的开关；直流电流电压检测电路5与动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3、直流/直流升降压斩波电路7和光伏阵列相连接，实时检测光伏阵列的等效开路电压u₀(t)和等效短路电流I_sc(t)，并将其送入动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3；直流电流电压检测及滤波电路6与直流/直流升降压斩波电路7、主控制电路2和逆变并网装置相连接，根据并网逆变的要求实时检测电流电压值，并根据谐波的标准要求滤掉谐波；直流/直流升降压斩波电路7与脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4和直流电流电压检测及滤波电路6相连接，动态的将光伏阵列输出电压转化成并网逆变前需要的直流电流电压；动态控制变量比较电路8与动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3、脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4和主控制电路2相连接。

由于本发明采用了上述技术方案，解决了现有控制方法存在着追踪速度慢、无温度跟踪和整体输出效率低的技术问题。与现有技术相比，本发明具有整体输出效率高、能基于温度变化控制光伏发电***最大功率点跟踪等优点。

附图说明

图1是光伏阵列常温不同日照时的功率电压运行曲线图；

图2是光伏发电功率在电压变化时的功率电压运行曲线特征图；

图3是光伏阵列相同日照不同温度时的功率电压运行曲线图；

图4是太阳能光伏阵列等效电路图；

图5是基于温度变化的MPPT控制装置的方框原理图；

图6是基于温度变化的MPPT控制方法的程序框图。

具体实施方式

本实施例中的光伏发电***最大功率点跟踪(MPPT)基于温度变化的控制方法，其根据下列公式，计算出光伏发电阵列基于温度变化的功率电压曲线上的电压增量即电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，通过控制该阵列功率电压曲线上的电压增量即电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，动态寻找阵列功率电压运行曲线上的与温度变化相关的实时功率计算值ΔP(t，ΔT)，若无温度变化，ΔT＝0，则电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，实时功率计算值ΔP(t，ΔT)即为脉冲宽度调制(PWM)电路和升降压斩波电路上的控制量，按传统方法控制；若温度变化，及时动态调整电压搜索步长Δu_pv(t+1，ΔT)，使之跳跃至所处温度的功率电压运行曲线上，寻找与该温度变化相关的实时功率计算值ΔP(t，ΔT)，从而实现对光伏发电阵列最大功率点跟踪(MPPT)的控制；所述公式为：

Δu₀(t，ΔT)＝KΔu_pv(t-1，ΔT)(1-aΔT)(1+bΔT)    (1)

公式(1)中，Δu₀(t，ΔT)是t时刻光伏阵列与温度增量ΔT相关的实时采集计算的等效开路电压的增量，K是升降压斩波电路占空比调整系数，Δu_pv(t-1，ΔT)是前一时刻的实时采集计算的光伏阵列与温度增量ΔT相关的等效直流电压增量，ΔT是t-1到t时刻的温度增量，a、b为温度变化系数：a＝0.0025/℃，b＝0.5/℃；

ΔI_sc(t，ΔT)＝ΔI_sc(t-1)(1+aΔT)    (2)

公式(2)中，ΔI_SC(t，ΔT)是t时刻光伏阵列与温度增量ΔT相关的实时采集计算的等效短路电流增量，ΔI_sc(t-1，ΔT)是前一时刻与温度增量ΔT相关的实时采集计算的光伏阵列等效短路电流增量；

$\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{pv}}(t,\mathrm{\ΔT})=\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{sc}}(t,\mathrm{\ΔT})\{1-[\exp \left(\frac{\mathrm{\Δ}{u}_{\mathrm{pv}}(t-1,\mathrm{\ΔT})}{\mathrm{\Δ}{u}_0(t-1,\mathrm{\ΔT})}\right)-1\left]\right\}---\left(3\right)$

公式(3)中，ΔI_pv(t，ΔT)是t时刻光伏阵列发出的与温度增量ΔT相关的等效直流电流增量，Δu₀(t-1，ΔT)是t-1时刻光伏阵列与温度增量ΔT相关的实时采集计算的等效开路电压的增量，

Δu_pv(t，ΔT)＝ΔI_pv(t，ΔT)Z_th(t，ΔT)    (4)

公式(4)中，Δu_pv(t，ΔT)是t时刻光伏阵列发出的与温度增量ΔT相关的等效直流电压增量，Z_th(t，ΔT)是t时刻X，Y两点至电力***侧的与温度增量ΔT相关的等效戴维南阻抗；

ΔP(t，ΔT)＝Δu_pv(t，ΔT)ΔI_pv(t，ΔT)    (5)

公式(5)中，ΔP(t，ΔT)是t时刻光伏阵列的与温度增量ΔT相关的实时功率计算值。

如图5所示，一种实现光伏发电***最大功率点跟踪(MPPT)基于温度变化的控制方法的装置，其包括实时环境温度检测信息辅助电路1、主控制电路2、动态电压步长MPPT辅助控制电路3、脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4、直流电流电压检测电路5、直流检测及滤波电路6、直流/直流升降压斩波电路7和动态控制变量比较电路8；实时环境温度检测信息辅助电路1与主控制电路2和动态电压步长MPPT辅助控制电路3连接，将检测到的环境温度信息实时传送给主控制电路2和动态电压步长MPPT辅助控制电路3；主控制电路2与动态控制变量比较电路8、动态电压步长MPPT辅助控制电路3、直流电流电压检测及滤波电路6、PWM驱动电路4、实时环境温度检测信息辅助电路1和逆变并网装置连接，以根据实时环境温度检测信息辅助电路1传送的环境温度信息，实时观察环境温度信息寻找最佳功率电压运行曲线并搜索最优动态MPPT电压搜索步长，实时形成动态功率电压运行曲线，将其结果反馈给动态电压步长MPPT辅助控制电路3和直流电流电压检测及滤波电路6，当温度变化值ΔT为零时，向PWM驱动电路4发出触发信号；动态电压步长MPPT辅助控制电路3与主控制电路2相连，将实时计算与温度有关的等效直流电压u_pv(t，ΔT)、等效直流电流I_pv(t，ΔT)和等效直流功率P(t，ΔT)，以确定此时是否需要对上述的公式(1)和公式(2)进行调整，并与主控制电路2交换信息；动态电压步长MPPT辅助控制电路3还与动态控制变量比较电路8相连，以当aΔT和bΔT不为零时，向动态控制变量比较电路8输出等效直流电压u_pv(t，ΔT)和等效直流功率P(t，ΔT)并与主控制电路2输出的与温度无关的等效直流电压u_pv(t)和与温度无关的等效直流功率P(t)进行比较，并输出与温度有关的等效直流电压增量Δu_pv(t，ΔT)和与温度有关的等效直流功率增量ΔP(t，ΔT)，即为PWM驱动电路4和直流/直流升降压斩波电路7的控制量；PWM驱动电路4与动态控制变量比较电路8、直流/直流升降压斩波电路7和主控制电路2相连接，实时接收动态电压步长MPPT辅助控制电路3和主控制电路2的操作信息，发出触发脉冲去控制直流/直流升降压斩波电路7中的开关；直流电流电压检测电路5与动态电压步长MPPT辅助控制电路3、直流/直流升降压斩波电路7和光伏阵列相连接，实时检测光伏阵列的等效开路电压u₀(t)和等效短路电流I_sc(t)，并将其送入动态电压步长MPPT辅助控制电路3；直流电流电压检测及滤波电路6与直流/直流升降压斩波电路7、主控制电路2和逆变并网装置相连接，根据并网逆变的要求实时检测电流电压值，并根据谐波的标准要求滤掉谐波；直流/直流升降压斩波电路7与PWM驱动电路4和直流电流电压检测及滤波电路6相连接，动态的将光伏阵列输出电压转化成并网逆变前需要的直流电流电压；动态控制变量比较电路8与动态电压步长MPPT辅助控制电路3、PWM驱动电路4和主控制电路2相连接。

实时环境温度检测信息辅助电路1的功能是将检测到的环境温度信息实时传送给主控制电路2和动态电压步长MPPT辅助控制电路2，此两个电路将得到的温度信息应用到基于温度变化的MPPT控制方法中；对有关变量动态进行修正，并动态寻找新的功率电压运行曲线，进而在新的曲线上寻找新的MPPT。

主控制电路2的功能是根据扰动观察及环境温度信息寻找最佳功率电压运行曲线并搜索最优动态MPPT电压步长，实时形成动态功率电压运行曲线，将其结果反馈给动态电压步长MPPT辅助控制电路3和直流电流电压检测及滤波电路6，当温度变化值ΔT为零时，向PWM驱动电路4发出触发信号。实时检测并网逆变前的直流电流电压信号，并进行滤波处理。主控制电路2根据检测到的信息与温度无关的直流等效电压u_pv(t)，前一时间段与温度无关的直流等效电压u_pv(t-1)，与温度无关的直流等效电流I_pv(t)，前一时间段与温度无关的直流等效电流I_pv(t-1)，用这些量来实时计算功率t时刻和t-1时刻与温度无关的功率值P(t)和P(t-1)，即功率差值ΔP(t)＝P(t)-P(t-1)，电压差值Δu_pv(t)＝u_pv(t)-u_pv(t-1)，若此时工作点运行在温度不变化的功率电压运行曲线上，则如图3中温度按照25℃曲线所示，则主控制电路2计算的功率差值ΔP(t)，与温度无关的等效直流电压增量Δu_pv(t)即为PWM驱动电路4和直流/直流升降压斩波电路7的控制量。若工作点运行在温度变化的功率电压运行曲线上，如图3所示，此时在t+1时刻，迅速动态调整电压步长，并将工作点从温度为25℃曲线跳跃到温度为50℃曲线上，同时实时传递功率电压运行曲线的电压功率信息。此时，主控制电路2还实时将与温度无关的直流等效电压u_pv(t)，t时刻功率P(t)的信息送入动态控制变量比较电路8，与动态电压步长MPPT辅助控制电路3实时计算的与温度有关的等效直流电压u_pv(t，ΔT)，与温度有关的等效直流功率P(t，ΔT)进行比较，得到与温度有关的等效直流电压增量Δu_pv(t，ΔT)，与温度有关的等效直流功率增量ΔP(t，ΔT)，即为PWM驱动电路4和直流/直流升降压斩波电路7的控制量。

动态电压步长MPPT辅助控制电路3的功能是实时计算与温度有关的等效直流电压u_pv(t，ΔT)，等效直流电流I_pv(t，ΔT)，等效直流功率P(t，ΔT)，以确定此时是否需要对本发明中的公式(1)和公式(2)进行调整，并与主控制电路2交换信息，当aΔT、bΔT不为零时，向动态控制变量比较电路8输出与温度有关的等效直流电压u_pv(t，ΔT)，与温度有关的等效直流功率P(t，ΔT)并与主控制电路2输出的与温度无关的等效直流电压u_pv(t)，t时刻功率P(t)进行比较，并输出与温度有关的等效直流电压增量Δu_pv(t，ΔT)，与温度有关的等效直流功率增量ΔP(t，ΔT)，即为PWM驱动电路4和直流/直流升降压斩波电路7的控制量。

PWM驱动电路4实时接收动态电压步长MPPT辅助控制电路3和主控制电路2的操作信息，发出触发脉冲去操作直流/直流升降压斩波电路7中的开关。

直流电流电压检测电路5实时检测光伏阵列的等效开路电压u₀(t)和等效短路电流I_sc(t)，并将其送入动态电压步长MPPT辅助控制电路3。

直流电流电压检测及滤波电路6的功能是，根据并网逆变的要求实时检测电流电压值，并根据谐波的国标及国际标准滤掉有关谐波。

直流/直流升降压斩波电路7，它的功能是动态的将光伏阵列输出电压转化成并网逆变前需要的直流电流电压。

图6是本发明基于温度变化的MPPT控制方法的程序框图。如图所示，从太阳能光伏阵列当中实时采集短路电流及开路电压值，并输入正常及温度变化的电流电压曲线及参数限定值，不断探测此电流电压是否与温度有关系，无论与温度有无关系都要实时形成功率和电压的运行曲线。并设置初始的电压搜索步长，在功率运行曲线上搜寻MPPT，并确定功率的方向。如果整个***任何环节出现故障，则***停止运行。如果***运行正常，那么下一个判断条件为是否运行在稳定温度曲线上。此时，若温度没有发生变化，则按单一功率峰值特征的功率电压曲线搜寻MPPT，按等电压步长方法确定升降压斩波的方式而得到相应的控制开关的电压和功率增量，这些增量被用来计算开关的占空比，并被用来作为控制量去驱动PWM控制电路，直到MPPT被锁定。若在搜寻MPPT的过程当中，温度发生骤变，则动态的调整电压搜索步长，从一种温度的功率电压运行曲线迅速跳跃至另一条温度的功率电压运行曲线。并在新的温度功率电压运行曲线上不断的动态调整电压步长，按动态电压步长方法确定升降压斩波的方式而得到相应的控制开关的电压和功率增量，这些增量被用来计算开关的占空比，并被用来作为控制量去驱动PWM控制电路，直到MPPT被锁定。以求实现最优光伏发电***最大功率点跟踪(MPPT)基于温度变化的控制方法。

下面对本发明的控制方法做进一步的详述。

如图1所示：在常温不同日照时，当环境温度为25℃，而日照度从400W/m²至1000W/m²变化时，光伏阵列最大功率输出点呈现急剧变化，但输出电压值却稳定在440V。即对应于不同的日照幅度，各条功率电压运行曲线上的最大功率点发生变化，但相对电压值稳定。在此种情况下，每条功率电压运行曲线均具有单一功率峰值的特征。这一情况可以用图2来表征其相同性。

如图2所示，横轴u_pv是太阳能光伏阵列的直流输出电压，P为太阳能光伏阵列的输出功率。设图中Δu_pv为电压搜索步长，而ΔP为相应的功率增量。图2中，P₁、P₂为对应功率峰值P_max左侧相应Δu_pv的两点功率值，P₃、P₄为对应功率峰值P_max右侧相应Δu_pv的两点功率值。传统的不侧重考虑温度变化的方法都是在P₁、P₂变化时判别其功率对电压的导数的正负。若P₂＞P₁，ΔP/Δu_pv＞0说明功率搜索点正由P_max的左侧向MPPT逼近。反之，若P₃＜P₄，ΔP/Δu_pv＜0，说明功率搜索点正由P_max的右侧向MPPT逼近。而若当ΔP/Δu_pv＝0时，则P_max点被锁定。其对应的光伏阵列电压点即为最大功率点P_max的电压。

如图3所示，在相同日照不同温度时，不仅光伏阵列电压发生急剧变化，而且最大功率点跟踪(MPPT)也发生明显变化。其主要的表现特征是功率电压运行曲线即MPPT都在跳跃式的上下左右移动。若仍用传统的电压搜索步长逼近MPPT显然是无效的。故本发明提出下述针对温度变化时动态变化电压步长计算MPPT的控制方法。

事实上，从图3中可得出当温度发生改变时，光伏发电阵列的输出电压发生较大变化，从而引起MPPT点的变化。在传统的光伏发电***中直流升压电路(BOOST)电路应用较多，若在温度急剧升高时，MPPT点快速向低电压方向移动。若不及时调整步长，升压电路(BOOST)电路会显然失效，除非起始电压值设得很低，但这样不仅会使***效率大大降低，还会使***在控制脉冲宽度调制(PWM)占空比时既复杂又欠稳定。本发明使用升降压斩波电路(BUCKBOOST)，使直流***的电压调节范围增大。通过控制***功率电压曲线上的电压增量即电压搜索步长，动态寻找***功率电压运行曲线与温度有关的变化关系。从而调整传统的控制方法，并找到一种通过动态控制电压步长的方法去搜索基于光伏发电***最大功率点跟踪(MPPT)基于温度变化的控制方法。

如图3所示，此组曲线为***电压功率运行曲线与温度有关的曲线。纵轴P(W)为功率随温度不断变化的功率轴，横轴u_pv(v)为光伏阵列随温度变化的输出电压轴。若***此时运行在温度为25℃的功率电压曲线上，且此时的电压搜索步长为Δu_pv(t-1，ΔT)，对应的功率增量ΔP(t-1，ΔT)，在下一时间段的自然搜索电压步长为Δu_pv(t，ΔT)，与前一时刻Δu_pv(t-1，ΔT)相等，对应的功率增量ΔP(t，ΔT)，若此时温度不发生变化，则上述中所有下标变量中的ΔT为零。若无温度变化，则Δu_pv(t，ΔT)，ΔP(t，ΔT)即为PWM电路和升降压斩波电路上的控制量，即如图2所示，可用传统的方法求取Δu_pv(t)、ΔP(t)(此时，ΔT为零)。但若此时因温度变化，电压功率运行曲线跳跃到所处温度为50℃的曲线上时，如仍沿用等电压搜索步长的方法，并工作在温度为25℃的曲线上，则显然搜索失效，并引起误控制。所以，此时必须迅速动态调整Δu_pv(t+1，ΔT)的步长，使之跳跃至温度为50℃的功率电压运行曲线上，在此曲线上搜索MPPT。

根据图1光伏阵列功率电压运行曲线可得：

$S\underset{\underset{\mathrm{\ΔP}\→0}{\mathrm{\Δ}{u}_{\mathrm{pv}}\→0}}{=}N\frac{\mathrm{dP}}{d{u}_{\mathrm{pv}}}---\left(6\right)$

公式(6)中，S为功率电压运行曲线上的斜率或导数，N为常数，Δu_pv是功率电压运行曲线上的电压扰动步长，ΔP是对应于Δu_pv的功率步长，dP是当Δu_pv、ΔP趋于零时光伏阵列的功率极限值，即微分值。du_pv是当Δu_pv、ΔP趋于零时太阳能光伏阵列的输出电压极限值，即微分值。

由图4中的太阳能光伏阵列等效电路可知，太阳能光伏阵列发出的功率为：

P_pv＝I_pvu_pv    (7)

公式(7)中，I_pv是光伏阵列发出的等效直流电流，u_pv是光伏阵列发出的等效直流电压，P_pv是光伏阵列发出的等效直流功率。

$I_{\mathrm{pv}}=I_{\mathrm{sc}}\{1-[\exp \left(\frac{u_{\mathrm{pv}}}{u_0}\right)-1\left]\right\}---\left(8\right)$

公式(8)中，I_sc是光伏阵列发出的短路电流，u₀是光伏阵列的开路电压。

以上公式均为传统的不考虑温度变化时的MPPT计算公式。当温度变化时，必须引入考虑温度变化时的动态变化步长增量去控制PWM电路和升降压斩波电路，其公式为：

Δu₀(t，ΔT)＝KΔu_pv(t-1，ΔT)(1-aΔT)(1+bΔT)    (1)

公式(1)中，Δu₀(t，ΔT)是t时刻图4中与温度增量ΔT有关的实时采集计算的等效开路电压的增量，K是升降压斩波电路占空比调整系数，Δu_pv(t-1，ΔT)是前一时刻的实时采集计算的光伏阵列与温度增量ΔT有关的等效直流电压增量，ΔT是t-1到t时刻的温度增量，a，b为温度变化系数：a＝0.0025/℃，b＝0.5/℃

ΔI_sc(t，ΔT)＝ΔI_sc(t-1)(1+aΔT)    (2)

公式(2)中，ΔI_sc(t)是t时刻图4中与温度增量ΔT有关的实时采集计算的等效短路电流增量，ΔI_sc(t-1，ΔT)是前一时刻与温度增量ΔT有关的实时采集计算的光伏阵列等效短路电流增量。

$\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{pv}}(t,\mathrm{\ΔT})=\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{sc}}(t,\mathrm{\ΔT})\{1-[\exp \left(\frac{\mathrm{\Δ}{u}_{\mathrm{pv}}(t-1,\mathrm{\ΔT})}{\mathrm{\Δ}{u}_0(t-1,\mathrm{\ΔT})}\right)-1\left]\right\}---\left(3\right)$

公式(3)中，ΔI_pv(t，ΔT)是t时刻光伏阵列发出的与温度增量ΔT有关的等效直流电流增量。Δu₀(t-1，ΔT)是t-1时刻图4中与温度增量ΔT有关的实时采集计算的等效开路电压的增量，

Δu_pv(t，ΔT)＝ΔI_pv(t，ΔT)Z_th(t，ΔT)    (4)

公式(4)中，Δu_pv(t，ΔT)是t时刻光伏阵列发出的与温度增量ΔT有关的等效直流电压增量，Z_th(t，ΔT)是t时刻图4中从X，Y两点看至电力***侧的与温度增量ΔT有关的等效戴维南阻抗。

ΔP(t，ΔT)＝Δu_pv(t，ΔT)ΔI_pv(t，ΔT)    (5)

公式(5)中，ΔP(t，ΔT)是t时刻光伏阵列的与温度增量ΔT有关的实时功率计算值。

当外界温度没有变化时，上述公式中aΔT＝0，bΔT＝0。

所以，本发明中所有公式重点适用于在温度发生变化时，光伏阵列的最大功率点计算，同时，也可计算在恒温时不同日照情况下最大功率值计算。

如图4所示，图中虚线所表示的I_sc是太阳能光伏阵列短路时的等效短路电流。图4中电容C是光伏阵列开路时的稳压电容，与太阳能光伏阵列并列连接，电容C的上侧与直流/直流升降压斩波电路相连，电容C的下侧与公共端Y点相连。u₀是电容C两端的光伏阵列开路电压。直流/直流升降压斩波电路的左侧与电容C的上端相连，直流/直流升降压斩波电路的下端与公共点Y相连，直流/直流升降压斩波电路的右端与并网逆变点X相连。I_pv是光伏阵列经过直流/直流升降压斩波电路后向电力***提供的光伏等效直流电流，u_pv是光伏阵列经过直流/直流升降压斩波器后向电力***提供的光伏等效直流电压。Z_th是从X，Y两点至电力***侧的等效戴维南阻抗。

Claims (1)

1.一种光伏发电***最大功率点跟踪(MPPT)基于温度变化的控制方法，其特征是：根据下列公式，计算出光伏发电阵列基于温度变化的功率电压运行曲线上的电压增量即电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，通过控制该阵列功率电压运行曲线上的电压增量即电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，动态寻找阵列功率电压运行曲线上的与温度变化相关的实时功率计算值ΔP(t，ΔT)，若无温度变化，ΔT＝0，则电压搜索步长Δu_pv(t，ΔT)，实时功率计算值ΔP(t，ΔT)即为脉冲宽度调制(PWM)驱动电路和直流/直流升降压斩波电路上的控制量，按传统方法控制；若温度变化，及时动态调整电压搜索步长Δu_pv(t+1，ΔT)，使之跳跃至所处温度的功率电压运行曲线上，寻找与该温度变化相关的实时功率计算值ΔP(t，ΔT)，从而实现对光伏发电阵列最大功率点跟踪(MPPT)的控制；所述公式为：

Δu₀(t，ΔT)＝KΔu_pv(t-1，ΔT)(1-aΔT)(1+bΔT)    (1)

公式(1)中，Δu₀(t，ΔT)是t时刻光伏阵列与温度增量ΔT相关的实时采集计算的等效开路电压的增量，K是直流/直流升降压斩波电路占空比调整系数，Δu_pv(t-1，ΔT)是前一时刻的实时采集计算的光伏阵列与温度增量ΔT相关的等效直流电压增量，ΔT是t-1到t时刻的温度增量，a、b为温度变化系数：a＝0.0025/℃，b＝0.5/℃；

ΔI_sc(t，ΔT)＝ΔI_sc(t-1)(1+aΔT)    (2)

公式(2)中，ΔI_sc(t，ΔT)是t时刻光伏阵列与温度增量ΔT相关的实时采集计算的等效短路电流增量，ΔI_sc(t-1，ΔT)是前一时刻与温度增量ΔT相关的实时采集计算的光伏阵列等效短路电流增量；

$\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{pv}}(t,\mathrm{\ΔT})=\mathrm{\Δ}{I}_{\mathrm{sc}}(t,\mathrm{\ΔT})\{1-[\exp \left(\frac{\mathrm{\Δ}{u}_{\mathrm{pv}}(t-1,\mathrm{\ΔT})}{\mathrm{\Δ}{u}_0(t-1,\mathrm{\ΔT})}\right)-1\left]\right\}---\left(3\right)$

公式(3)中，ΔI_pv(t，ΔT)是t时刻光伏阵列发出的与温度增量ΔT相关的等效直流电流增量，Δu₀(t-1，ΔT)是t-1时刻光伏阵列与温度增量ΔT相关的实时采集计算的等效开路电压的增量，

Δu_pv(t，ΔT)＝ΔI_pv(t，ΔT)Z_th(t，ΔT)    (4)

公式(4)中，Δu_pv(t，ΔT)是t时刻光伏阵列发出的与温度增量ΔT相关的等效直流电压增量，Z_th(t，ΔT)是t时刻并网逆变点X，公共点Y两点至电力***侧的与温度增量ΔT相关的等效戴维南阻抗；

ΔP(t，ΔT)＝Δu_pv(t，ΔT)ΔI_pv(t，ΔT)    (5)

公式(5)中，ΔP(t，ΔT)是t时刻光伏阵列的与温度增量ΔT相关的实时功率计算值；

所述控制方法的装置，它包括实时环境温度检测信息辅助电路1、主控制电路2、动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3、脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4、直流电流电压检测电路5、直流电流电压检测及滤波电路6、直流/直流升降压斩波电路7和动态控制变量比较电路8；实时环境温度检测信息辅助电路1与主控制电路2和动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3连接，将检测到的环境温度信息实时传送给主控制电路2和动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3；主控制电路2与动态控制变量比较电路8、动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3、直流电流电压检测及滤波电路6、脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4、实时环境温度检测信息辅助电路1和逆变并网装置连接，以根据实时环境温度检测信息辅助电路1传送的环境温度信息，实时观察环境温度信息寻找最佳功率电压运行曲线并搜索最优动态MPPT电压搜索步长，实时形成动态功率电压运行曲线，将其结果反馈给动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3和直流电流电压检测及滤波电路6，当温度变化值ΔT为零时，向脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4发出触发信号；动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3与主控制电路2相连，将实时计算与温度有关的等效直流电压u_pv(t，ΔT)、等效直流电流I_pv(t，ΔT)和等效直流功率P(t，ΔT)，以确定此时是否需要对所述的公式(1)和公式(2)进行调整，并与主控制电路2交换信息；动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3还与动态控制变量比较电路8相连，以当aΔT和bΔT不为零时，向动态控制变量比较电路8输出等效直流电压u_pv(t，ΔT)和等效直流功率P(t，ΔT)并与主控制电路2输出的与温度无关的等效直流电压u_pv(t)和与温度无关的等效直流功率P(t)进行比较，并输出与温度有关的等效直流电压增量Δu_pv(t，ΔT)和与温度有关的等效直流功率增量ΔP(t，ΔT)，即为脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4和直流/直流升降压斩波电路7的控制量；脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4与动态控制变量比较电路8、直流/直流升降压斩波电路7和主控制电路2相连接，实时接收动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3和主控制电路2的操作信息，发出触发脉冲去控制直流/直流升降压斩波电路7中的开关；直流电流电压检测电路5与动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3、直流/直流升降压斩波电路7和光伏阵列相连接，实时检测光伏阵列的等效开路电压u₀(t)和等效短路电流I_sc(t)，并将其送入动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3；直流电流电压检测及滤波电路6与直流/直流升降压斩波电路7、主控制电路2和逆变并网装置相连接，根据并网逆变的要求实时检测电流电压值，并根据谐波的标准要求滤掉谐波；直流/直流升降压斩波电路7与脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4和直流电流电压检测及滤波电路6相连接，动态的将光伏阵列输出电压转化成并网逆变前需要的直流电流电压；动态控制变量比较电路8与动态电压搜索步长MPPT辅助控制电路3、脉冲宽度调制(PWM)驱动电路4和主控制电路2相连接。

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