CN102566646A - 一种光伏***局部遮荫条件下的最大功率点跟踪方法 - Google Patents

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孙彦广
张云贵
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Abstract

一种光伏***局部遮荫条件下的最大功率点跟踪方法，属于光伏发电***技术领域。首先利用电压扫描搜索到最大功率点所在峰值附近的一点，然后以此点的电压值作为电导增量法的初始值，采用变步长的电导增量法最终确定最大功率点的位置。该方法解决了光伏发电***中电池板处于遮荫条件下，无法追踪到最大功率点导致***效率下降的问题。本方法的优点在于结构简单，可以有效的避免陷入局部遮荫时产生的局部极值。

Description

一种光伏***局部遮荫条件下的最大功率点跟踪方法
技术领域
本发明属于光伏发电***技术领域，特别是提供了一种光伏***局部遮荫条件下的最大功率点跟踪方法。
背景技术
现有的最大功率点跟踪方法大多是基于光伏电池输出P-V特性(功率-电压特性)具有一个峰值来进行的。最常用的恒压法、扰动观察法和电导增量法在遮荫产生多峰的条件下将完全失去效用。
恒压法的缺点：开始时最大功率点电压固定，当峰值位置变化时，无法进行跟踪。
扰动观察法的缺点：基于输出功率的比较结果进行扰动方向的改变，由于其扰动步长是固定的，当峰值位置发生较大的改变时，扰动无法跨越两个峰值之间的距离，因此会陷入局部最大值，无法跟踪到真正的最大功率点。
电导增量法的缺点与扰动观察法类似，也是由于步长的问题而导致其陷入局部极值，即使采用变步长的方法，仍不能对不可预知的峰值位置进行有效的跟踪。
针对局部遮荫产生多峰值的情况，也有采用粒子群算法和模糊逻辑控制方法。
粒子群算法的缺点：1、收敛性不稳定。2、参数不易选择。3、对控制器的运算速度要求很高。
模糊逻辑控制的缺点：1、控制规则不容易得到。2、对控制器运算速度要求很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏***局部遮荫条件下的最大功率点跟踪方法，解决了光伏发电***中电池板处于遮荫条件下(受灰尘、树木、建筑甚至云层等的影响时)，无法追踪到最大功率点导致***效率下降的问题。
本方法结构简单，可以有效的避免陷入局部遮荫时产生的局部极值，而且采用一般性能的控制器即可满足要求。
本发明的工艺步骤如下：
1、首先采用一个范围为0.1V-Uset＝(0.9～0.99)*Uoc(Uoc为光伏阵列的开路电压)，步长为1V-6V的扫描电压对光伏阵列进行扫描，测量阵列的输出电流I(k)，计算输出功率P(k)＝U(k)*I(k)，然后通过与P(k-1)比较，将功率值较大处的电压值赋给U*。扫描结束后得到该扫描范围内功率最大的一点所对应的扫描电压U*，这一点即为最大功率点所在单峰上的任一点所对应的电压；
2、以U*作为变步长电导增量法的初始值，以ΔU＝0.1V-0.5V的步长对U*进行扰动，测量电池板的输出电流I(k)，计算dU＝U(k)-U(k-1)，dI＝I(k)-I(k-1)，dP＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)。如果dU为0，判断dI的正负，若dI大于0，则电压增加ΔU，否则减小ΔU；如果dU不为0，则判断dI/dU+I/U的正负，若dI/dU+I/U大于零，则电压增加(dP/dU)*ΔU，反之减小(dP/dU)*ΔU。
此处采用的变步长电导增量法是为了加快电导增量法的追踪速度，给步长ΔU前加一个系数dP/dU，其作用机理是：当远离最大功率点时，P-V曲线斜率dP/dU较大，步长也较大，搜索速度更快；随着与最大功率点的靠近，P-V曲线的斜率dP/dU减小，步长也逐渐减小，搜索精度更高；
本发明的优点如下：
1、通过电压扫描可以有效地避免陷入局部极值。
2、采用以扫描所得电压作为初值的变步长电导增量法可以加快搜索速度和精度。
3、大步长的扫描电压同样可以加快搜索速度。
4、对于均匀辐射条件也适用，而且搜索速度要快于传统方法。
附图说明
图1为本发明算法的流程图。其中：U(k)为扫描电压；ΔU为扫描电压步长；I(k)为与U(k)对应的输出电流；P(k)为输出功率；Uset为设定扫描电压最大值；U*为电压扫描结束后的返回值；U为整个算法结束后所得***最大功率点处的电压。
具体实施方式
以30kW光伏阵列为例，其开路电压为820V，短路电流49.3A，遮荫情况为辐照分别为1000W/m2和500W/m2。
本发明方法的具体运行步骤为：
1、起始给阵列提供一个步长为ΔU＝5V，扫描范围为0.1V-Uset＝800V的扫描电压，然后测量光伏阵列的输出电流I(k)；
2、计算输出功率P(k)＝U(k)*I(k)，通过与上一次的输出功率P(k-1)＝U(k-1)*I(k-1)比较大小，将输出功率较大处的扫描电压值赋给U*；扫描结束后U*＝695V；
3、以返回的U*＝695V作为电导增量法的初始值，步长采用ΔU＝0.5V。测量电池板的输出电流I(k)，计算dU＝U(k)-U(k-1)，dI＝I(k)-I(k-1)，dP＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)；
4、如果dU为0，判断dI的正负，若dI大于0，则电压增加ΔU，否则减小ΔU；如果dU不为0，则判断dI/dU+I/U的正负，若dI/dU+I/U大于零，则电压增加(dP/dU)*ΔU，反之减小(dP/dU)*ΔU。
5、算法结束，返回U＝688.6V，此电压值处的输出功率即为当前遮荫条件下的最大输出功率。
本方法最优运行条件是结合当地的辐照统计情况来设定初始值和扫描步长及范围；本方法对于均匀辐射的情况也成立，而且其搜索速度和精度要优于现有的常用搜索方法。

Claims (1)

1.一种光伏***局部遮荫条件下的最大功率点跟踪方法，其特征在于，工艺步骤如下：
(1)采用一个范围为0.1V-Uset＝(0.9～0.99)*Uoc，步长为1V-6V的扫描电压对光伏阵列进行扫描，测量阵列的输出电流I(k)，计算输出功率P(k)＝U(k)*I(k)，然后通过与P(k-1)比较，将功率值较大处的电压值赋给U*；扫描结束后得到该扫描范围内功率最大的一点所对应的扫描电压U*，这一点即为最大功率点所在单峰上的任一点所对应的电压，所述的Uoc为光伏阵列的开路电压；
(2)以U*作为变步长电导增量法的初始值，以ΔU＝0.1V-0.5V的步长对U*进行扰动，测量电池板的输出电流I(k)，计算dU＝U(k)-U(k-1)，dI＝I(k)-I(k-1)，dP＝U(k)*I(k)-U(k-1)*I(k-1)；如果dU为0，判断dI的正负，若dI大于0，则电压增加ΔU，否则减小ΔU；如果dU不为0，则判断dI/dU+I/U的正负，若dI/dU+I/U大于零，则电压增加(dP/dU)*ΔU，反之减小(dP/dU)*ΔU。
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