專利名稱：一種高精度單級式光伏發電系統最大功率跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及一種單級式光伏發電系統最大功率跟蹤方法，屬于光伏并網(離網)發電系統技術領域。
背景技術：
隨著近年來全球范圍內能源緊缺和安全問題的日益突出，可再生能源的利用引起廣泛的重視。光伏發電作為一種利用太陽能的有效手段，得到了各國政府的大力推廣。相比歐美地區，我國光伏產業雖然起步較晚，但近年發展迅猛。如何提高光伏發電系統效率、降低成本是光伏發展現階段面臨的主要問題。尋找轉化效率更高的光伏電池材料、采用級數更少的發電系統拓撲結構以及采用更好的系統控制策略是提高光伏發電系統效率的有效途徑。
光伏發電系統工作時，需要不斷的調整光伏陣列的工作點，以使光伏系統工作在最大輸出功率點上。目前，常規的最大功率點跟蹤方法有恒定電壓法，擾動觀察法，電導增
量法等。恒定電壓法是利用光伏陣列輸出功率與開路電壓的近似比例關系來實現最大功率點跟蹤的方法，其環境適應性差，在實際中較少采用。擾動觀察法是目前國內應用最多的一種最大功率點跟蹤方法，雖然其實現方法簡單，但其在最大功率點處存在振蕩，導致了光伏發電系統的能量損失；而且在光照劇烈變化條件下，擾動觀察法易出現誤判。所以，上述最大功率點跟蹤方法存在著跟蹤效率低、環境適應性差等問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中存在的問題，提供一種新的最大功率跟蹤方法，可以解決現有最大功率跟蹤方法中存在的一些問題。本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案一種高精度單級式光伏發電系統最大功率跟蹤方法，將恒定電壓法與基于功率差擾動的變步長電導增量法相結合，采用恒定電壓法快速追蹤到光伏發電系統最大功率點附近，然后切換為基于功率差擾動的變步長電導增量法，進一步跟蹤到光伏發電系統的最大功率點，從而實現快速的最大功率點跟蹤和高精度的最大功率點運行，解決目前常規算法中存在的不足和問題。具體過程分別如下所述恒定電壓法的具體過程為步驟(1)，在光伏發電系統的逆變器啟動前，首先采樣光伏系統直流側的開路電壓Voc (k)，然后設定恒定電壓法的給定電壓Vwt=O. 78V。。(k)；步驟(2)，啟動光伏發電系統的逆變器，等待系統直流端電壓最終穩定到Vctt，此時恒定電壓法階段最大功率跟蹤完成；所述基于功率差擾動的變步長電導增量法的具體過程為
步驟(3)，首先采樣k時刻的光伏系統直流側的電壓V(k)、電流I (k)，分別計算輸
c/p P(k)- Pik - Γ
出功率P(k)、輸出電導量；(>)=;丨、■■'； /、，以及基于功率差擾動的變步長電導增量
ανV (k)-1 (λ-I)
法的步長step=A[P(k)-P(k-l)]，其中A為比例系數，其取值根據具體光伏系統而定；
(1P步驟(4)，判斷是否k時刻的電導量；(幻Se，其中ε為正數，其取值范圍是10_4
al·
至 10_3 步驟(41)，當結果為是，則k+Ι時刻光伏發電系統直流側輸出電壓關系為V(k+1)=V (k)；
///>步驟(42)，當結果為否，則繼續判斷是^—(k) > ε ；
dV當結果為是，則k+Ι時刻光伏發電系統直流側輸出電壓V (k+1) =V (k)+step ；當結果為否，則k+Ι時刻光伏發電系統直流側輸出電壓V (k+1) =V(k)-Skp ；
(JP///>步驟(5 )，最后更新電導值—(/- I) = — (k)
JVCl]本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果本發明基于復合控制的思想，將恒定電壓法與改進基于功率差擾動的變步長電導增量法結合進行分段控制，恒定電壓法保證了系統的平穩啟動及快速跟蹤到最大功率點附近；切換后，改進基于功率差擾動的變步長電導增量法可以保證系統的在最大功率點附近幾乎無振蕩運行。因此，本發明能快速適應光伏陣列工作環境變化，提高了最大功率點跟蹤的速度和穩定精度，降低了系統振蕩幅度，實現了高精度的最大功率運行，提高了光伏發電系統效率。


圖I是單級式光伏并網系統雙閉環控制結構圖。圖2是本發明的最大功率點跟蹤算法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明光照穩定條件下，光伏陣列的輸出功率、電壓曲線為單凸峰形，存在唯個最大功率點。單級式光伏并網發電系統采用電壓外環電流內環的雙閉環逆變控制策略(以圖I的單級式并網系統為例，離網系統類似)，如圖2所示，一種高精度單級式光伏發電系統最大功率跟蹤方法，具體實施如下第一步系統啟動前，通過電壓互感器和電壓傳感器采樣光伏陣列的開路電壓Voc (k)并存儲在DSP中；第二步根據DSP中存儲的開路電壓值設定恒定電壓法的給定電壓Vctt =O. 78Vre(k)，將Vcvt賦給圖I中的Utk ref，并與實時采樣的電壓比較得到電流內環參考信號，與采樣的電流信號比較后，生成開關管的SVPWM脈沖信號；第三步采樣電壓V (k)，判斷V (k) >VCVT是否成立，若不成立，執行步驟四，否則執行步驟五；
第四步減小輸出電壓對系統進行擾動后，轉入步驟三；第五步通過互感器、傳感器采樣k時刻系統輸出電壓和輸出電流，計算功率
dP ,、 Pik)-I\k-\)
_2] P(k)=V(k)I(k)和^⑷、⑷—_ —I);第六步計算擾動步長Step=A [P (k)-P (k-Ι)]；
dP第七步判斷I(幻< S，成立則執行步驟八，否則執行步驟九；
dV
第八步系統追蹤到最大功率點，輸出電壓保持不變，即V(k+l)=V(k)，將V(k+1)賦給圖I中的udc; Mf，并與實時采樣的電壓比較得到電流內環參考信號，與采樣的電流信號比較后，生成開關管的SVPWM脈沖信號；第九步判斷#(々)> ε;成立則執行步驟十，否則執行步驟十一；
CiV第十步電壓正向擾動，即V (k+1) =V (k)+St印，將V (k+Ι)賦給圖I中的Udc^ef，并與實時采樣的電壓比較，得到電流內環參考信號，與采樣的電流信號比較后，生成開關管的SVPWM脈沖信號；第^--步電壓反向擾動，即V (k+1) =V (k)-step,將V (k+Ι)賦給圖I中的Ud。—raf,
并與實時采樣的電壓比較，得到電流內環參考信號，與采樣的電流信號比較后，生成開關管的SVPWM脈沖信號；第十二步更新的值。
c/1本發明一種高精度單級式光伏發電系統最大功率跟蹤方法，通過采樣單元、電流調理電路傳送光伏陣列的輸出電流和電壓，在數字信號處理器(DSP)中編寫以上步驟的C語言程序或匯編程序實現最大功率跟蹤算法。圖I中的MPPT模塊即為采用本專利的最大功率跟蹤方法，通過MPPT環節，每個MPPT周期更新一次Utk ref的值，通過電壓外環控制器和電流內環控制器的調節生成開關信號的SVPWM驅動信號，最終實現整個單級式并網系統的逆變運行和最大功率點跟蹤控制。
權利要求
1.一種高精度單級式光伏發電系統最大功率跟蹤方法，其特征在于將恒定電壓法與基于功率差擾動的變步長電導增量法相結合，采用恒定電壓法快速追蹤到光伏發電系統最大功率點附近，然后切換為基于功率差擾動的變步長電導增量法，進一步跟蹤到光伏發電系統的最大功率點，從而實現快速的最大功率點跟蹤和高精度的最大功率點運行。
2.根據權利要求I所述的一種高精度單級式光伏發電系統最大功率跟蹤方法，其特征在于所述恒定電壓法的具體過程為 步驟(1)，在光伏發電系統的逆變器啟動前，首先采樣光伏系統直流側的開路電壓Voc (k)，然后設定恒定電壓法的給定電壓Vwt=O. 78V。。(k)； 步驟(2)，啟動光伏發電系統的逆變器，等待系統直流端電壓最終穩定到Vctt，此時恒定電壓法階段最大功率跟蹤完成； 所述基于功率差擾動的變步長電導增量法的具體過程為 步驟(3)，首先采樣k時刻的光伏系統直流側的電壓V(k)、電流I (k)，分別計算輸出功率p(k)、輸出電導量
全文摘要
本發明公開了一種高精度單級式光伏發電系統最大功率跟蹤方法，該方法提出將恒定電壓法與基于功率差擾動的變步長電導增量法相結合的兩段式最大功率跟蹤方法，第一階段利用恒定電壓法快速追蹤到光伏系統最大功率點附近，第二階段切換為基于功率差擾動的變步長電導增量法，準確跟蹤到光伏系統最大功率點，從而實現快速的最大功率點跟蹤和高精度的最大功率點運行。本發明可以有效克服常規擾動觀察法在最大功率點附近振蕩、誤判等問題，實現單級式光伏發電系統快速高精度地跟蹤到最大功率點運行。
文檔編號H02N6/00GK102929325SQ20121049543
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者劉皓明, 袁曉玲, 范發靖 申請人:河海大學