一種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)及追蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及最大功率追蹤領(lǐng)域，具體涉及一種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)及其追蹤方法，包括電壓傳感器、電流傳感器、開關(guān)器件，還包括：遞推平均濾波模塊，鎖相放大器，除法器，積分調(diào)節(jié)器，所述電壓傳感器分別連接遞推平均濾波模塊和鎖相放大器，所述遞推平均濾波模塊和鎖相放大器分別連接除法器，所述除法器連接積分調(diào)節(jié)器，所述積分調(diào)節(jié)器連接開關(guān)器件。本發(fā)明提供一種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)及追蹤方法，在外界環(huán)境條件發(fā)生變化時能很好的實(shí)現(xiàn)光伏組件最大功率點(diǎn)追蹤控制，可有效地抑制在最大功率點(diǎn)附近輸出功率的振蕩，追蹤速度快且易于實(shí)現(xiàn)，提高了光伏組件的發(fā)電效率。
【專利說明】
-種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)及追蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及最大功率追蹤領(lǐng)域，具體設(shè)及一種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)及 其追蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power化int Tracking,簡稱MPPT)系統(tǒng)是一種通過調(diào) 節(jié)電氣模塊的工作狀態(tài)，使光伏板能夠輸出更多電能的電氣系統(tǒng)，能夠?qū)⑻柲茈姵匕灏l(fā) 出的直流電有效地膽存在蓄電池中，可有效地解決常規(guī)電網(wǎng)不能覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)及旅游地 區(qū)的生活和工業(yè)用電，不產(chǎn)生環(huán)境污染
[0003] 傳統(tǒng)的光伏組件最大功率追蹤方法(如擾動觀察法、電導(dǎo)增量法等)需要在工作點(diǎn) 引入擾動量，在環(huán)境條件發(fā)生變化時會引起追蹤誤差并且在最大功率點(diǎn)附近輸出功率振 蕩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種快速光伏組件最大功率追蹤方法，解決現(xiàn)有傳統(tǒng)黑板需要人為擦 拭，影響教學(xué)效率的問題，具體技術(shù)方案如下：
[0005] -種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)，包括電壓傳感器、電流傳感器、開關(guān)器件， 所述電流、電壓傳感器分別一定的頻率采樣光伏組件的輸出電流iPV和電壓uPV，所述開關(guān) 器件由PWM脈沖信號控制通斷，使光伏組件工作在某個功率點(diǎn)，還包括：
[0006] 遞推平均濾波模塊：用于濾除輸入信號iPV和UPV中高頻周期性擾動分量，保留信 號中的直流分量ip:r和Ww J
[0007] 鎖相放大器:獲得輸入信號iPV和UPV的開關(guān)頻率次分量幅值diPV和duPV;
[000引除法器:將苗除W ;坪得Gdc，diPV除WduPV得gdc;
[0009] 積分調(diào)節(jié)器:消除Gdc和gdc的誤差，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)占空比d，產(chǎn)生PWM脈沖信號控制 開關(guān)器件的導(dǎo)通、關(guān)斷。
[0010] 所述電壓傳感器分別連接遞推平均濾波模塊和鎖相放大器，所述遞推平均濾波模 塊和鎖相放大器分別連接除法器，所述除法器連接積分調(diào)節(jié)器，所述積分調(diào)節(jié)器連接開關(guān) 器件。
[0011] 進(jìn)一步的，所述遞推平均濾波模塊取M個采樣值看成一個循環(huán)隊列，隊列的長度固 定為M，每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，并扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，濾波器每次輸出的 數(shù)據(jù)總是當(dāng)前隊列中的M個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。
[0012] 進(jìn)一步的，所述積分調(diào)節(jié)器產(chǎn)生PWM脈沖信號的頻率與開關(guān)器件的開關(guān)頻率一致， 而采樣頻率是開關(guān)頻率的倍數(shù)。
[0013] -種快速光伏組件最大功率追蹤方法，包括如下步驟：
[0014] 1)電壓傳感器和電流傳感器分別W-定頻率采樣光伏組件的輸出電流iPV和電壓 UPV并將信號傳至遞推平均濾波模塊和鎖相放大器；
[0015] 2)遞推平均濾波模塊得到iPV和uPV的直流分量值iw和品T并傳至除法器，鎖相放 大器得到iPV和UPV的開關(guān)頻率次分量幅值diPV和duPV，并傳至除法器；
[0016] 3)除法器將/pr除得Gdc，diPV除WduPV得gdc，并將Gdc和gdc傳至積分調(diào)節(jié) 器，
[0017] 4)積分調(diào)節(jié)器消除Gdc和gdc的誤差，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)占空比d，產(chǎn)生P歷信號控審研 關(guān)器件的導(dǎo)通、關(guān)斷，從而使光伏組件工作于最大功率點(diǎn)。
[0018] 進(jìn)一步的，所述步驟3)中的積分調(diào)節(jié)器可W由PI調(diào)節(jié)器或者PID調(diào)節(jié)器代替。
[0019] 本發(fā)明提供一種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法，本方法在外界環(huán) 境條件發(fā)生變化時能很好的實(shí)現(xiàn)光伏組件最大功率點(diǎn)追蹤控制，可有效地抑制在最大功率 點(diǎn)附近輸出功率的振蕩，追蹤速度快且易于實(shí)現(xiàn)，提高了光伏組件的發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為光伏組件輸出功率-電壓特性；
[0022] 圖2為基于boost變換器的光伏組件最大功率追蹤電路；
[0023] 圖3為遞推平均濾波(RAF)原理框圖；
[0024] 圖4為鎖相放大器化IA)原理框圖；
[00巧]圖5為最大功率追蹤原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明實(shí)施例中的 技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全 部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下 所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027] 實(shí)施例1:
[0028] 圖1為光伏組件輸出功率-電壓特性曲線，由輸出特性可知，在光伏組件在最大功 率點(diǎn)處的電導(dǎo)為零。
[0029] (1)
[0030]
[0031] (2)
[00創(chuàng) ipv/upv定義了直流工作點(diǎn)的負(fù)載導(dǎo)納Gdc，-dipv/dupv定義了小信號導(dǎo)納gdc，因此， 當(dāng)光伏組件工作在最大功率點(diǎn)處時，有 [003；3] Gdc = gd。(3)
[0034] 如果當(dāng)環(huán)境情況發(fā)生變化時，能時刻使式（3)滿足，則光伏組件工作于最大功率 點(diǎn)。
[0035] 如圖2所示的基于boost變換器的光伏組件最大功率追蹤電路，由于開關(guān)器件VT的 高頻開關(guān)工作，導(dǎo)致光伏組件輸出電壓UPV和輸出電流ipv中除了直流分量W外還包含高頻 分量(頻率為開關(guān)頻率及其倍數(shù)次）。如果采用某種方法得到其中直流分量，可求出Gdc;若能 得到其中開關(guān)頻率次分量的幅值，可求出gdc，然后采用閉環(huán)控制使Gdc = gdc，得到相應(yīng)的占 空比d，產(chǎn)生PWM信號控制開關(guān)器件VT的導(dǎo)通關(guān)斷，即可使光伏組件工作于最大功率點(diǎn)。
[0036] 遞推平均濾波（Re州rsive Average FilteringiRAF)
[0037] 實(shí)現(xiàn)方法:連續(xù)取M個采樣值看成一個循環(huán)隊列，隊列的長度固定為M，每次采樣到 一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，并扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)(先進(jìn)先出原則），濾波器每次輸出的數(shù) 據(jù)總是當(dāng)前隊列中的M個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。該方法特別適用于濾除信號中高頻周期性擾 動分量，保留信號中的直流分量。
[0038] 下面是其實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式
[0039] (4)
[0040] 式中，X表示輸入信號，y表示經(jīng)過RAF濾波后的輸出信號，k表示當(dāng)前時刻采樣值，M 表示連續(xù)采樣的個數(shù)。
[0041] 令開關(guān)器件的開關(guān)頻率為fs，開關(guān)周期為Ts;采樣頻率為fc，采樣周期為Tc。 閨
(5)
[0043] 當(dāng)M取式(5)所示的值時，RAF可W濾除由于開關(guān)器件的開通、關(guān)斷引入的高頻周期 性擾動分量。
[0044] 圖3為遞推平均濾波(RAF)實(shí)現(xiàn)原理圖，圖中X表示輸入信號經(jīng)RAF濾波后得到其直 流分量。
[0045] 鎖相放大器(X〇ck-in amplifie;r，LIA)
[0046] 鎖相放大器可W獲得輸入信號中某一特定頻率(參數(shù)輸入頻率)信號的幅值，而輸 入信號中的其他頻率成分將不能對輸出構(gòu)成任何影響。
[0047] 令 x(t)=n(t)+Asin(化 fst+目）(6)
[004引n (t)表示直流分量，As in (化f S t+目)表示開關(guān)頻率次分量，A為幅值。
[0049] (7)
[(K)加 ] (8)
[0051]分別采用RAF對Pd和pq濾波得
[0化2]
[0化3]
[0054] (11)
[0055] 如圖4所示為鎖相放大器化IA)原理框圖。
[0056] 最大功率追蹤
[0化7] -旦獲得了Gdc和gdc，最大功率追蹤的目標(biāo)即 [005引 Gdc-gdc = 0 (12)
[0059] 運(yùn)里采用積分調(diào)節(jié)器來消除運(yùn)兩個導(dǎo)納之間的差值。
[0060] 最大功率追蹤原理如圖5所示，需要注意的是，最大功率追蹤的頻率與開關(guān)器件VT 的開關(guān)頻率f S-致，而采樣頻率f。應(yīng)是開關(guān)頻率的倍數(shù)。
[0061] 通過電壓傳感器和電流傳感器分別采樣光伏組件的輸出電流ipv和電壓UPV，將ipv 和UPV輸入RAF得到ipv和UPV的直流分量值zW和W巧同時將ipv和UPV輸入LIA得到ipv和UPV的開 關(guān)頻率次分量幅值dipv和duPV，將扛除W品得Gde，dipv除WdUPV得gd。，采用積分調(diào)節(jié)器消除 Gdc和gdc的誤差，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)占空比d，產(chǎn)生PWM信號控制開關(guān)器件VT的導(dǎo)通、關(guān)斷，從而使 光伏組件工作于最大功率點(diǎn)。
[0062] 本發(fā)明提供一種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)及追蹤方法，本發(fā)明在外界環(huán)境 條件發(fā)生變化時能很好的實(shí)現(xiàn)光伏組件最大功率點(diǎn)追蹤控制，可有效地抑制在最大功率點(diǎn) 附近輸出功率的振蕩，追蹤速度快且易于實(shí)現(xiàn)，提高了光伏組件的發(fā)電效率。
[0063] 本W(wǎng)上實(shí)施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施 例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可W對前述各實(shí) 施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而運(yùn)些修改或 者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)，包括電壓傳感器、電流傳感器、開關(guān)器件，所 述電流、電壓傳感器分別一定的頻率采樣光伏組件的輸出電流i PV和電壓UPV，所述開關(guān)器件 由PffM脈沖信號控制通斷，使光伏組件工作在某個功率點(diǎn)，其特征在于，還包括： 遞推平均濾波模塊:用于濾除輸入信號ipv和UPV中高頻周期性擾動分量，保留信號中的 直流分和Mi3P ; 鎖相放大器:獲得輸入信號ipv和UPV的開關(guān)頻率次分量幅值dipv和dupv; 除法器:將 i/v 除以 得 Gdc，dipv 除以 dupv 得 gdc; 積分調(diào)節(jié)器:消除Gd。和gd。的誤差，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)占空比d，產(chǎn)生PffM脈沖信號控制開關(guān)器 件的導(dǎo)通、關(guān)斷。 所述電壓傳感器分別連接遞推平均濾波模塊和鎖相放大器，所述遞推平均濾波模塊和 鎖相放大器分別連接除法器，所述除法器連接積分調(diào)節(jié)器，所述積分調(diào)節(jié)器連接開關(guān)器件。2. 如權(quán)利要求1所述的快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述遞推平均濾 波模塊取M個采樣值看成一個循環(huán)隊列，隊列的長度固定為M，每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入 隊尾，并扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，濾波器每次輸出的數(shù)據(jù)總是當(dāng)前隊列中的M個數(shù)據(jù)的算 術(shù)平均值。3. 如權(quán)利要求1所述的快速光伏組件最大功率追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述積分調(diào)節(jié)器 產(chǎn)生PffM脈沖信號的頻率與開關(guān)器件的開關(guān)頻率一致，而采樣頻率是開關(guān)頻率的倍數(shù)。4. 如權(quán)利要求1所述的快速光伏組件最大功率追蹤方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 電壓傳感器和電流傳感器分別以一定頻率米樣光伏組件的輸出電流ipv和電壓upv并 將信號傳至遞推平均濾波模塊和鎖相放大器； 2) 遞推平均濾波模塊得到iPV和upv的直流分量值丨^和并傳至除法器，鎖相放大器得 到ipv和upv的開關(guān)頻率次分量幅值dipv和dupv，并傳至除法器； 3 )除法器將除以得Gdc，dipv除以dupv得gdc，并將Gdc和gdc傳至積分調(diào)T1器， 4)積分調(diào)節(jié)器消除Gd。和gd。的誤差，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)占空比d，產(chǎn)生PffM信號控制開關(guān)器件 的導(dǎo)通、關(guān)斷，從而使光伏組件工作于最大功率點(diǎn)。5. 如權(quán)利要求4所述的快速光伏組件最大功率追蹤方法，其特征在于，所述步驟3)中的 積分調(diào)節(jié)器可以由PI調(diào)節(jié)器或者PID調(diào)節(jié)器代替。
【文檔編號】G05F1/67GK106020326SQ201610418347
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】周小杰, 李敬兆, 楊岸
【申請人】安徽理工大學(xué)