CN102929325A - 一种高精度单级式光伏发电***最大功率跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度单级式光伏发电***最大功率跟踪方法，该方法提出将恒定电压法与基于功率差扰动的变步长电导增量法相结合的两段式最大功率跟踪方法，第一阶段利用恒定电压法快速追踪到光伏***最大功率点附近，第二阶段切换为基于功率差扰动的变步长电导增量法，准确跟踪到光伏***最大功率点，从而实现快速的最大功率点跟踪和高精度的最大功率点运行。本发明可以有效克服常规扰动观察法在最大功率点附近振荡、误判等问题，实现单级式光伏发电***快速高精度地跟踪到最大功率点运行。

Description

一种高精度单级式光伏发电***最大功率跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种单级式光伏发电***最大功率跟踪方法，属于光伏并网（离网）发电***技术领域。

背景技术

随着近年来全球范围内能源紧缺和安全问题的日益突出，可再生能源的利用引起广泛的重视。光伏发电作为一种利用太阳能的有效手段，得到了各国政府的大力推广。相比欧美地区，我国光伏产业虽然起步较晚，但近年发展迅猛。如何提高光伏发电***效率、降低成本是光伏发展现阶段面临的主要问题。寻找转化效率更高的光伏电池材料、采用级数更少的发电***拓扑结构以及采用更好的***控制策略是提高光伏发电***效率的有效途径。

光伏发电***工作时，需要不断的调整光伏阵列的工作点，以使光伏***工作在最大输出功率点上。目前，常规的最大功率点跟踪方法有恒定电压法，扰动观察法，电导增量法等。

恒定电压法是利用光伏阵列输出功率与开路电压的近似比例关系来实现最大功率点跟踪的方法，其环境适应性差，在实际中较少采用。

扰动观察法是目前国内应用最多的一种最大功率点跟踪方法，虽然其实现方法简单，但其在最大功率点处存在振荡，导致了光伏发电***的能量损失；而且在光照剧烈变化条件下，扰动观察法易出现误判。

所以，上述最大功率点跟踪方法存在着跟踪效率低、环境适应性差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中存在的问题，提供一种新的最大功率跟踪方法，可以解决现有最大功率跟踪方法中存在的一些问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种高精度单级式光伏发电***最大功率跟踪方法，将恒定电压法与基于功率差扰动的变步长电导增量法相结合，采用恒定电压法快速追踪到光伏发电***最大功率点附近，然后切换为基于功率差扰动的变步长电导增量法，进一步跟踪到光伏发电***的最大功率点，从而实现快速的最大功率点跟踪和高精度的最大功率点运行，解决目前常规算法中存在的不足和问题。具体过程分别如下：

所述恒定电压法的具体过程为：

步骤（1），在光伏发电***的逆变器启动前，首先采样光伏***直流侧的开路电压V_oc(k)，然后设定恒定电压法的给定电压V_CVT=0.78V_oc(k)；

步骤（2），启动光伏发电***的逆变器，等待***直流端电压最终稳定到V_CVT，此时恒定电压法阶段最大功率跟踪完成；

所述基于功率差扰动的变步长电导增量法的具体过程为：

步骤（3），首先采样k时刻的光伏***直流侧的电压V(k)、电流I(k)，分别计算输出功率P(k)、输出电导量

以及基于功率差扰动的变步长电导增量法的步长step=A[P(k)-P(k-1)]，其中A为比例系数，其取值根据具体光伏***而定；

步骤（4），判断是否k时刻的电导量

其中ε为正数，其取值范围是10^-4至10^-3：

步骤（41），当结果为是，则k+1时刻光伏发电***直流侧输出电压关系为V(k+1)=V(k)；

步骤（42），当结果为否，则继续判断是否

当结果为是，则k+1时刻光伏发电***直流侧输出电压V(k+1)=V(k)+step；

当结果为否，则k+1时刻光伏发电***直流侧输出电压V(k+1)=V(k)-step；

步骤（5），最后更新电导值： $\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dV}}(k-1)=\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dV}}\left(k\right).$

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明基于复合控制的思想，将恒定电压法与改进基于功率差扰动的变步长电导增量法结合进行分段控制，恒定电压法保证了***的平稳启动及快速跟踪到最大功率点附近；切换后，改进基于功率差扰动的变步长电导增量法可以保证***的在最大功率点附近几乎无振荡运行。因此，本发明能快速适应光伏阵列工作环境变化，提高了最大功率点跟踪的速度和稳定精度，降低了***振荡幅度，实现了高精度的最大功率运行，提高了光伏发电***效率。

附图说明

图1是单级式光伏并网***双闭环控制结构图。

图2是本发明的最大功率点跟踪算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

光照稳定条件下，光伏阵列的输出功率、电压曲线为单凸峰形，存在唯一一个最大功率点。单级式光伏并网发电***采用电压外环电流内环的双闭环逆变控制策略（以图1的单级式并网***为例，离网***类似），如图2所示，一种高精度单级式光伏发电***最大功率跟踪方法，具体实施如下：

第一步：***启动前，通过电压互感器和电压传感器采样光伏阵列的开路电压V_OC(k)并存储在DSP中；

第二步：根据DSP中存储的开路电压值设定恒定电压法的给定电压V_CVT＝0.78V_OC(k)，将V_CVT赋给图1中的U_{dc_ref}，并与实时采样的电压比较得到电流内环参考信号，与采样的电流信号比较后，生成开关管的SVPWM脉冲信号；

第三步：采样电压V(k)，判断V(k)>V_CVT是否成立，若不成立，执行步骤四，否则执行步骤五；

第四步：减小输出电压对***进行扰动后，转入步骤三；

第五步：通过互感器、传感器采样k时刻***输出电压和输出电流，计算功率：

P(k)=V(k)I(k)和 $\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dV}}\left(k\right)=\frac{P\left(k\right)-P(k-1)}{V\left(k\right)-V(k-1)};$

第六步：计算扰动步长step=A[P(k)-P(k-1)]；

第七步：判断

成立则执行步骤八，否则执行步骤九；

第八步：***追踪到最大功率点，输出电压保持不变，即：V(k+1)=V(k)，将V(k+1)赋给图1中的U_{dc_ref}，并与实时采样的电压比较得到电流内环参考信号，与采样的电流信号比较后，生成开关管的SVPWM脉冲信号；

第九步：判断

成立则执行步骤十，否则执行步骤十一；

第十步：电压正向扰动，即V(k+1)=V(k)+step，将V(k+1)赋给图1中的U_{dc_ref}，并与实时采样的电压比较，得到电流内环参考信号，与采样的电流信号比较后，生成开关管的SVPWM脉冲信号；

第十一步：电压反向扰动，即V(k+1)=V(k)-step，将V(k+1)赋给图1中的U_{dc_ref}，并与实时采样的电压比较，得到电流内环参考信号，与采样的电流信号比较后，生成开关管的SVPWM脉冲信号；

第十二步：更新的值。

本发明一种高精度单级式光伏发电***最大功率跟踪方法，通过采样单元、电流调理电路传送光伏阵列的输出电流和电压，在数字信号处理器（DSP）中编写以上步骤的C语言程序或汇编程序实现最大功率跟踪算法。

图1中的MPPT模块即为采用本专利的最大功率跟踪方法，通过MPPT环节，每个MPPT周期更新一次U_{dc_ref}的值，通过电压外环控制器和电流内环控制器的调节生成开关信号的SVPWM驱动信号，最终实现整个单级式并网***的逆变运行和最大功率点跟踪控制。

Claims (2)

1.一种高精度单级式光伏发电***最大功率跟踪方法，其特征在于：将恒定电压法与基于功率差扰动的变步长电导增量法相结合，采用恒定电压法快速追踪到光伏发电***最大功率点附近，然后切换为基于功率差扰动的变步长电导增量法，进一步跟踪到光伏发电***的最大功率点，从而实现快速的最大功率点跟踪和高精度的最大功率点运行。

2.根据权利要求1所述的一种高精度单级式光伏发电***最大功率跟踪方法，其特征在于：所述恒定电压法的具体过程为：

步骤（1），在光伏发电***的逆变器启动前，首先采样光伏***直流侧的开路电压V_oc(k)，然后设定恒定电压法的给定电压V_CVT=0.78V_oc(k)；

步骤（2），启动光伏发电***的逆变器，等待***直流端电压最终稳定到V_CVT，此时恒定电压法阶段最大功率跟踪完成；

所述基于功率差扰动的变步长电导增量法的具体过程为：

步骤（3），首先采样k时刻的光伏***直流侧的电压V(k)、电流I(k)，分别计算输出功率P(k)、输出电导量

以及基于功率差扰动的变步长电导增量法的步长step=A[P(k)-P(k-1)]，其中A为比例系数，其取值根据具体光伏***而定；

步骤（4），判断是否k时刻的电导量

其中ε为正数，其取值范围是10^-4至10^-3：

步骤（41），当结果为是，则k+1时刻光伏发电***直流侧输出电压关系为V(k+1)=V(k)；

步骤（42），当结果为否，则继续判断是否

当结果为是，则k+1时刻光伏发电***直流侧输出电压V(k+1)=V(k)+step；

当结果为否，则k+1时刻光伏发电***直流侧输出电压V(k+1)=V(k)-step；

步骤（5），最后更新电导值： $\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dV}}(k-1)=\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dV}}\left(k\right).$

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