一種用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法，以提高獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)效率。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)作為電能變換環(huán)節(jié)的BUCK電路驅(qū)動占空比，達到調(diào)整光伏陣列輸出端負載特性的目的，從而實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制。本發(fā)明方法最大的優(yōu)點，是在光照強度發(fā)生快速變化時，光伏陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式跟蹤其變化，而且穩(wěn)態(tài)的振蕩也較小，從而提高獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)效率。
【專利說明】一種用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的最大功率點跟蹤方法，屬于光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)自帶儲能環(huán)節(jié)，不需與電網(wǎng)相連就可以提供持續(xù)電能輸出，因此在偏遠無電地區(qū)等場合得到逐漸應(yīng)用。太陽能陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強度、環(huán)境溫度和負載情況影響。在一定的光照強度和環(huán)境溫度下，太陽能電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，太陽能電池的輸出功率才能達到最大值，這時太陽能電池的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點，稱之為最大功率點(Maximum Power Point, MPP)。單個光伏電池的輸出特性曲線,如圖1、圖2所示。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的整體效率，一個重要的途徑就是實時調(diào)整太陽能電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程就稱之為最大功率點跟蹤(Maximum PowerPoint Tracking, MPPT)。
[0003]最大功率點跟蹤控制(MPPT)策略采用實時檢測光伏陣列的輸出功率，通過一定的控制算法預(yù)測當前工況下陣列可能的最大功率輸出，從而改變當前的阻抗情況來滿足最大功率輸出的要求。這樣既使光伏電池的結(jié)溫升高使得陣列的輸出功率減少，系統(tǒng)仍然可以運行在當前工況下的最佳狀態(tài)。
[0004]為便于說明，現(xiàn)將光伏陣列的輸出特性重新繪制如圖3所示。假定圖中曲線I和曲線2為兩不同光照強度下光伏陣列的輸出特性曲線，A點和B點分別為相應(yīng)的最大功率輸出點；并假定某一時刻，系統(tǒng)運行在A點。當光照強度發(fā)生變化，即光伏陣列的輸出特性由曲線I上升為曲線2。此時如果保持負載I不變，系統(tǒng)將運行在A’點，這樣就偏離了相應(yīng)光照強度下的最大功率點。為了繼續(xù)追蹤最大功率點，應(yīng)當將系統(tǒng)的負載特性由負載I變化至負載2，以保證系統(tǒng)運行在新的最大功率點B。同樣，如果光照強度變化使得光伏陣列的輸出特性由曲線2減至曲線I，則相應(yīng)的工作點由B點變化到B’點，應(yīng)當相應(yīng)的減小負載2至負載I以保證系統(tǒng)在光照強度減小的情況下仍然運行在最大功率點A。
[0005]目前最大功率點跟蹤控制的主要方法有恒電壓控制法與干擾觀測法，其中，恒電壓控制法誤差較大，會產(chǎn)生較大的功率損失；干擾觀測法會使系統(tǒng)在最大功率點附近振蕩運行，系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，導(dǎo)致一定功率損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問題，提高獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)效率，本發(fā)明提供了一種用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法:
[0007]通過太陽電池陣列P-V曲線可知最大值點Pmax處的斜率為零，所以有:
[0008]— +
dvdV[0009-dI/dV=I/V [0010]上式即為要達到最大功率點的條件，即當輸出電導(dǎo)的變化量的負值(稱為電導(dǎo)增量)等于輸出電導(dǎo)(稱為瞬間電導(dǎo))時，光伏陣列工作在最大功率點。上式中P、V、I分別表示太陽電池陣列的輸出功率、輸出電壓及輸出電流。
[0011]當電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)值相等時，可以認為外部狀態(tài)沒有改變，系統(tǒng)仍然工作在最大功率點；當電導(dǎo)增量小于瞬間電導(dǎo)時，說明當前的光照強度有所減弱或者由于溫度升高導(dǎo)致陣列的輸出功率下降，應(yīng)該相應(yīng)的降低系統(tǒng)輸出有功以滿足陣列最大功率輸出的要求；當電導(dǎo)增量大于瞬間電導(dǎo)時，說明當前的光照強度有所增強，應(yīng)該相應(yīng)的增加系統(tǒng)輸出有功使得光伏陣列總能以最大的功率輸出。增加或降低系統(tǒng)輸出有功，則通過調(diào)節(jié)BUCK電路驅(qū)動占空比進行。
[0012]本發(fā)明方法具體包括如下步驟:
[0013]步驟(1):用微處理器作為最大功率點跟蹤控制器，檢測太陽能電池光伏陣列的當前輸出電壓\，當前輸出電流In;
[0014]步驟(2):微處理器判斷當前輸出電壓Vn和上一控制周期的輸出電壓采樣值Vb之差dV:
[0015]若dV = O,轉(zhuǎn)到步驟(3)；
[0016]若dV古O,轉(zhuǎn)到步驟(4)；
[0017]步驟(3):判斷當前輸出電流In和上一控制周期的輸出電流采樣值Ib之差dl，若dl = O,則 Vb = Vn, Ib = In,結(jié)束；若 dl Φ O,轉(zhuǎn)到步驟(5)；
[0018]步驟(4):判斷電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)值是否相等，
[0019]若dl/dV = -1/V,貝丨J Vb = Vn, Ib = In,結(jié)束；
[0020]若dl/dV 幸-1/V，轉(zhuǎn)到步驟(6)；
[0021]步驟(5):若dl>0，則:微處理器控制方波發(fā)生電路和與該電路串接的脈寬調(diào)制脈沖形成電路，產(chǎn)生減小BUCK電路(連接在太陽能電池光伏陣列輸出端)占空比的脈寬調(diào)制脈沖，并使Vb = Vn, Ib = In，結(jié)束；
[0022]若dKO，則微處理器按上述dl>0時的方法增大占空比，并使Vb = Vn, Ib = In,結(jié)束；
[0023]步驟(6):判斷電導(dǎo)增量與瞬間電導(dǎo)的大小關(guān)系，若dI/dV>_I/V，則微處理器按步驟(5)的方法減小占空比，并使Vb = Vn, Ib = In，結(jié)束；
[0024]若dI/dV〈_I/V，則微處理器按步驟(5)的方法增大占空比，并使Vb = Vn, Ib = In,結(jié)束。
[0025]本發(fā)明中，BUCK電路包括:
[0026]輸入電容:該電容通過接入開關(guān)并接于太陽能電池光伏陣列輸出端；
[0027]MOS管:該MOS管的控制端與脈寬調(diào)制脈沖形成電路的輸出端相連，其余兩端分別對地并接了一個上述輸入電容和一個反接的二極管；
[0028]輸出濾波電容:該電容并接著一個儲能用的鉛酸蓄電池，該電容同時又經(jīng)過一個濾波電感接上述二極管的負極。
[0029]本發(fā)明方法通過比較光伏陣列的和來改變控制信號，適用于大氣條件變化較快的場合，并且要求傳感器的精度比較高、系統(tǒng)各個部分響應(yīng)速度比較快。本發(fā)明在光照強度發(fā)生變化時，光伏陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式跟蹤其變化，而且穩(wěn)態(tài)的振蕩也較小，從而提高獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是光伏電池功率電壓曲線示意圖。
[0031]圖2是光伏電池電壓電流曲線示意圖。
[0032]圖3是MPPT算法分析示意圖示意圖。
[0033]圖4是應(yīng)用本發(fā)明方法的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。
[0034]圖5是本發(fā)明方法的控制流程圖。
[0035]圖中標記代表:VPV—:光伏輸出參考電壓；Idmge1:充電電流；VBATTEKY:電池電壓；Vpv:光伏輸出電壓；IPV:光伏輸出電流。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0037]如圖4所示，應(yīng)用本發(fā)明最大功率點跟蹤技術(shù)的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)包括:
[0038]I)太陽能電池:太陽能電池是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入，為整個系統(tǒng)提供供電和控制所需電能。在白天光照條件下，太陽能電池將所接收的光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)充電電路對蓄電池充電；天黑后，太陽能電池停止工作，輸出端開路。
[0039]2)蓄電池:作為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能環(huán)節(jié)，白天蓄電池將太陽能電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來，到夜間再轉(zhuǎn)換回電能輸出到負載。電池充放電控制器的電源由蓄電池供給。
[0040]3)BUCK電路:作為電能變換環(huán)節(jié)，通過調(diào)整驅(qū)動占空比改變光伏陣列輸出端負載特性，達到跟蹤其最大功率點的目的。
[0041]本發(fā)明方法的控制流程如圖5所示，圖5中，Vn、In為檢測到的光伏陣列當前電壓、電流值，Vb、Ib為上一控制周期的采樣值。
[0042]本發(fā)明具體步驟如下:
[0043]步驟(I):用微處理器作為最大功率點跟蹤控制器，檢測太陽能電池光伏陣列的當前輸出電壓\，當前輸出電流In ;
[0044]步驟(2):微處理器判斷當前輸出電壓Vn和上一控制周期的輸出電壓采樣值Vb之差dV:
[0045]若dV = O,轉(zhuǎn)到步驟(3)；
[0046]若dV關(guān)0，轉(zhuǎn)到步驟⑷；
[0047]步驟(3):判斷當前輸出電流In和上一控制周期的輸出電流采樣值Ib之差dl，若dl = O,則 Vb = Vn, Ib = In,結(jié)束；若 dl Φ O,轉(zhuǎn)到步驟(5)；
[0048]步驟⑷:判斷dl/dV是否等于-1/V，
[0049]若dl/dV = -1/V,貝丨J Vb = Vn, Ib = In,結(jié)束；
[0050]若dl/dV 幸-1/V，轉(zhuǎn)到步驟(6)；
[0051]步驟(5):若dl>0，則:微處理器控制方波發(fā)生電路和與該電路串接的脈寬調(diào)制脈沖形成電路，產(chǎn)生脈寬調(diào)制脈沖去減小連接在太陽能電池光伏陣列輸出端的BUCK電路的占空比，并使Vb = Vn, Ib = In，結(jié)束；
[0052]若dKO，則微處理器按上述dl>0時的方法增大占空比，并使Vb = Vn, Ib = In，結(jié)束；
[0053]步驟(6):若dI/dV>-1/V,則微處理器按步驟(5)的方法減小占空比，并使Vb = Vn,Ib = In，結(jié)束；
[0054]若dI/dV〈_I/V，則微處理器按步驟(5)的方法增大占空比，并使Vb = Vn, Ib = In,結(jié)束。
[0055]上述實施方式中所涉及到的技術(shù)特征，只要彼此間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。本發(fā)明不限于上述實施例，一切采用等同替換或等效替換形成的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法，其特征在于，包括如下步驟:步驟(1):用微處理器作為最大功率點跟蹤控制器，檢測太陽能電池光伏陣列的當前輸出電壓Vn，當前輸出電流In; 步驟(2):微處理器判斷當前輸出電壓Vn和上一控制周期的輸出電壓采樣值Vb之差dV: 若dV = O，轉(zhuǎn)到步驟(3)； 若dV關(guān)O，轉(zhuǎn)到步驟(4)； 步驟(3):判斷當前輸出電 流In和上一控制周期的輸出電流采樣值Ib之差dl，若dl =O,則Vb = Vn, Ib = In,結(jié)束；若dl Φ O,轉(zhuǎn)到步驟(5)； 步驟⑷:判斷dl/dv是否等于-1/V，
若 dl/dv = -Ι/ν,貝丨J Vb = Vn, Ib = In,結(jié)束； 若dl/dV Φ -1/V，轉(zhuǎn)到步驟(6)； 步驟(5):若dl>0，則:微處理器控制方波發(fā)生電路和與該電路串接的脈寬調(diào)制脈沖形成電路，產(chǎn)生減小BUCK電路占空比的脈寬調(diào)制脈沖，所述BUCK電路連接在太陽能電池光伏陣列輸出端，并使\ = Vn, Ib = In,結(jié)束； 若dKO，則微處理器按上述dl>0時的方法增大占空比，并使Vb = Vn, Ib = In，結(jié)束；步驟(6):若dI/dV>-1/V，則微處理器按步驟(5)的方法減小占空比，并使Vb = Vn，Ib=Ιη?結(jié)束； 若dl/dv〈-l/v，則微處理器按步驟(5)的方法增大占空比，并使Vb = Vn, Ib = In，結(jié)束。
【文檔編號】G05F1/67GK104035478SQ201410295406
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】賀凡波, 趙爭鳴, 袁立強, 魯挺, 孫曉瑛, 楊晟, 鐘山 申請人:蘇州青云能源科技有限公司