專利名稱：一種光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤的自調(diào)節(jié)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)，特別涉及一種適用于光伏逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤控制的自調(diào)節(jié)控制方法算法，適用于并網(wǎng)和離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)，最大功率點(diǎn)的跟蹤速度和精度非常重要，跟蹤速度和精度影響最終的發(fā)電量。目前通用成熟的算法有固定步長擾動(dòng)法、變步長擾動(dòng)法和電導(dǎo)增量法，這些方法都是基于直流電壓和直流功率的主動(dòng)擾動(dòng)方式，算法參數(shù)需要精心的設(shè)計(jì)，如果相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響最大功率點(diǎn)的跟蹤效率，導(dǎo)致同樣的光伏環(huán)境條件下發(fā)電量下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)中所存在的最大功率點(diǎn)的跟蹤速度和精度低影響發(fā)電量的問題，而提供一種光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤的自調(diào)節(jié)控制方法算法。該控制算法根據(jù)光伏電池組件陣列的功率電流變化率特性進(jìn)行最大功率點(diǎn)測算和調(diào)節(jié)控制。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤的自調(diào)節(jié)控制方法，該方法包括如下步驟:(I)逆變器正常啟動(dòng)后，測量光伏陣列在兩個(gè)相鄰時(shí)刻的直流電流和直流電壓，并以此計(jì)算得到光伏陣列在這兩個(gè)相鄰時(shí)刻的功率；(2)根據(jù)兩個(gè)相鄰時(shí)刻的功率計(jì)算得到功率增量和相應(yīng)的電流增量；(3)根據(jù)功率增量和電流增量計(jì)算獲得功率電流變化率；(3)根據(jù)光伏陣列固有P-1曲線特性:在最大功率點(diǎn)左側(cè)的功率電流變化率始終為正值，而在最大功率點(diǎn)右側(cè)的變化率始終為負(fù)值，以此來調(diào)節(jié)逆變器的電流，使得逆變器輸入工作點(diǎn)運(yùn)行在光伏陣列的最大功率點(diǎn)上。在本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例中，所述步驟(3)中逆變器的電流調(diào)節(jié)具體通過如下步驟實(shí)現(xiàn):(31)根據(jù)功率電流變化率計(jì)算逆變器輸出電流給定的調(diào)節(jié)增量；(32)根據(jù)該調(diào)節(jié)增量計(jì)算出逆變開關(guān)式脈寬調(diào)制占空比，并將該占空比對(duì)逆變?nèi)珮螂娐愤M(jìn)行控制；(33)持續(xù)進(jìn)行逆變電流的增減調(diào)節(jié)，使逆變器輸入工作點(diǎn)運(yùn)行在光伏陣列的最大功率點(diǎn)上。根據(jù)上述方案得到的調(diào)節(jié)方法利用光伏陣列的P-1曲線上，在最大功率點(diǎn)左側(cè)的功率電流變化率始終是正值，而在最大功率點(diǎn)右側(cè)的變化率則始終是負(fù)值的特性，將功率電流變化率用于逆變器輸出電流的增減調(diào)節(jié)量計(jì)算，使得逆變器輸入即光伏陣列輸出的工作點(diǎn)最大程度地與光伏陣列當(dāng)前最大功率點(diǎn)重合。這種方法不需要像固定步長擾動(dòng)法、變步長擾動(dòng)法和電導(dǎo)增量法進(jìn)行較復(fù)雜的程序判斷控制與計(jì)算，能快速精確地緊緊跟蹤當(dāng)前最大功率點(diǎn)，不需要復(fù)雜參數(shù)的設(shè)計(jì)，減小了對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)，使逆變器運(yùn)行更為穩(wěn)定可靠，適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤。由此，本發(fā)明所提出光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤控制的自調(diào)節(jié)控制方法，具有簡便、穩(wěn)定可靠和跟蹤精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等特點(diǎn)，適用于在光照變化緩慢和光照劇烈變化等不同情況下快速準(zhǔn)確地尋找跟蹤最大功率點(diǎn)的控制，避免出現(xiàn)程序誤判，減小對(duì)電網(wǎng)的干擾，最大限度地提高發(fā)電量，可提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1為最大功率點(diǎn)自然跟蹤圖。圖2為單級(jí)式并網(wǎng)逆變器最大功率點(diǎn)自調(diào)節(jié)跟蹤算法流程圖。圖3為單級(jí)式并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)MPPT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明提供的光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤控制的自調(diào)節(jié)控制方法，其主要原理是在逆變器正常啟動(dòng)后，通過先進(jìn)的ARM處理器測量光伏陣列的直流電流和直流功率，利用光伏陣列固有P-1曲線特性(如圖1所示，由于PWM調(diào)制周期時(shí)間非常短，光照環(huán)境幾乎沒有變化，并且光伏陣列的P-1曲線具有一致的特定規(guī)律)，測算與逆變器輸入端相連接的光伏陣列的輸出功率，按最大功率點(diǎn)自調(diào)節(jié)原理進(jìn)行逆變器輸出端的電流控制，使所連接的光伏陣列最可能地運(yùn)行在當(dāng)前最大功率點(diǎn)?；谏鲜鲈恚景l(fā)明的具體方案包括以下步驟(參見圖2):(I)在工頻周期中分別測量第K-1、第K時(shí)刻的光伏陣列直流電壓V(K-1)、V⑷和直流電流 I (K-1)、I (K)，根據(jù)公式 P (K-1) = V (K-1) *1 (K-1)和 P (K) = V(K)*I(K)分別計(jì)算第K-1、第K時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的直流功率P (K-1)和P⑷；(2)計(jì)算K時(shí)刻光伏陣列同一 P-1曲線上的功率增量dP = P⑷-P (K-1)和K時(shí)刻光伏陣列同一 P-1曲線上的電流增量dl = I(K)-1(K-1),并進(jìn)而計(jì)算得到功率電流變化率dP/dl ；(3)根據(jù)光伏陣列固有P-1曲線特性，如圖1所示，在最大功率點(diǎn)左側(cè)的功率電流變化率dP/dl始終為正值，而在最大功率點(diǎn)右側(cè)的變化率dP/dl始終為負(fù)值。由此將上述結(jié)果用于逆變器輸出電流調(diào)節(jié)時(shí)，可先計(jì)算逆變器在第K+1時(shí)刻輸出電流給定的調(diào)節(jié)增量為ClIci (K+1) = N*dP/dI，其中N為調(diào)節(jié)系數(shù)；再根據(jù)該調(diào)節(jié)增量可算出第(K+1)時(shí)刻的逆變開關(guān)式脈寬調(diào)制占空比D(K+1)，并將該占空比對(duì)逆變?nèi)珮螂娐愤M(jìn)行控制。如此不斷地進(jìn)行逆變電流的增減調(diào)節(jié)，使逆變器輸入工作點(diǎn)運(yùn)行在光伏陣列的最大功率點(diǎn)上?；谏鲜龇桨?，本發(fā)明的具體實(shí)施如下:參見圖3，單級(jí)式并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)100主要由光伏陣列101、濾波器102、逆變橋103、電抗器104、變壓器105以及負(fù)載或電網(wǎng)106依次連接組成，在光伏陣列101和逆變橋103之間進(jìn)行相應(yīng)的MPPT控制。如圖可知，每個(gè)PWM調(diào)制周期采樣光伏陣列的直流電壓和直流電流，其測算周期為電網(wǎng)的交流正弦波周期。首先，算出第K-1個(gè)交流正弦波周期上的最大直流功率P(K-1)及該周期對(duì)應(yīng)的直流電流值I (K-1)，同樣計(jì)算第K個(gè)交流正弦波周期上的最大直流功率P (K)及該周期對(duì)應(yīng)的直流電流I (K)。接著，根據(jù)公式MPPT電流給定的調(diào)節(jié)增量為ClIci = N*dP/dI，在ARM處理器執(zhí)行算法dP/dl = {P (K) -P (K-1)} / {I (K) -1 (K-1)}，則在K+1個(gè)交流正弦波周期上MPPT控制的電流給定為Itl = 10(K)+d10,以此系統(tǒng)的工作電流不斷增加，直流功率朝最大功率點(diǎn)方向移動(dòng),如圖1左側(cè)調(diào)節(jié)方向所示。當(dāng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)到達(dá)最大功率點(diǎn)附近時(shí)，ClIci越來越小，并趨向于零，這時(shí)最大功率跟蹤波動(dòng)非常小，除非光照環(huán)境發(fā)生劇烈變化。當(dāng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)移動(dòng)到最大功率點(diǎn)的右側(cè)時(shí)，dP/dl為負(fù)值，即ClIci自動(dòng)取負(fù)值，這時(shí)MPPT控制的電流給定自調(diào)節(jié)減小，使工作點(diǎn)自動(dòng)從右到左向最大功率點(diǎn)移動(dòng)，重新回到最大功率點(diǎn)，如圖1右側(cè)調(diào)節(jié)方向所示。根據(jù)以上描述，在系統(tǒng)跟蹤最大功率點(diǎn)時(shí)，未加擾動(dòng)和程序判斷而采用P-1曲線固有規(guī)律以自調(diào)節(jié)方式自動(dòng)進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤。由上可知，本發(fā)明提供的最大功率點(diǎn)跟蹤控制的自調(diào)節(jié)控制方法算法，利用光伏電池P-1曲線的物理特性，與固定步長擾動(dòng)法、變步長擾動(dòng)法和電導(dǎo)增量法的不同之處就是不需要設(shè)計(jì)多個(gè)算法參數(shù)和程序判別處理，在快速性、精準(zhǔn)性和穩(wěn)定可靠性方面有很大的提高。當(dāng)外界光伏環(huán)境發(fā)生劇烈變化時(shí)，也可以快速跟蹤到最大功率點(diǎn)。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤的自調(diào)節(jié)控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: (1)逆變器正常啟動(dòng)后，測量光伏陣列在兩個(gè)相鄰時(shí)刻的直流電流和直流電壓，并以此計(jì)算得到光伏陣列在這兩個(gè)相鄰時(shí)刻的功率； (2)根據(jù)兩個(gè)相鄰時(shí)刻的功率計(jì)算得到功率增量和相應(yīng)的電流增量； (3)根據(jù)功率增量和電流增量計(jì)算獲得功率電流變化率； (3)根據(jù)光伏陣列固有P-1曲線特性:在最大功率點(diǎn)左側(cè)的功率電流變化率始終為正值，而在最大功率點(diǎn)右側(cè)的變化率始終為負(fù)值，以此來調(diào)節(jié)逆變器的電流，使得逆變器輸入工作點(diǎn)運(yùn)行在光伏陣列的最大功率點(diǎn)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤的自調(diào)節(jié)控制方法，其特征在于，所述步驟(3)中逆變器的電流調(diào)節(jié)具體通過如下步驟實(shí)現(xiàn): (31)根據(jù)功率電流變化率計(jì)算逆變器輸出電流給定的調(diào)節(jié)增量； (32)根據(jù)該調(diào)節(jié)增量計(jì)算出逆變開關(guān)式脈寬調(diào)制占空比，并將該占空比對(duì)逆變?nèi)珮螂娐愤M(jìn)行控制； (33)持續(xù)進(jìn)行逆變電流的增減調(diào)節(jié)，使逆變器輸入工作點(diǎn)運(yùn)行在光伏陣列的最大功率點(diǎn)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤的自調(diào)節(jié)控制方法，在任一P-I特性上，當(dāng)逆變器工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)左側(cè)時(shí)，或自右側(cè)越過最大功率點(diǎn)進(jìn)入左側(cè)后，功率電流的變化率為正值，由此測算得到的調(diào)節(jié)量使交流電流給定不斷增加，光伏組件陣列輸出工作點(diǎn)向最大功率點(diǎn)自調(diào)節(jié)移動(dòng)。而當(dāng)工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)右側(cè)時(shí)，或自左側(cè)越過最大功率點(diǎn)進(jìn)入右側(cè)后，功率電流的變化率為負(fù)值，則由此測算得到的調(diào)節(jié)量使交流電流給定不斷減小，光伏組件陣列輸出工作點(diǎn)仍然向最大功率點(diǎn)自調(diào)節(jié)移動(dòng)。本發(fā)明方法不會(huì)對(duì)電網(wǎng)有大的擾動(dòng)，無需復(fù)雜參數(shù)的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G05F1/67GK103186160SQ201110458180
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者章偉康, 章聞曦, 鄭春茂, 馬亮, 褚君浩 申請(qǐng)人:上海億福新能源技術(shù)有限公司, 章聞曦