專利名稱：一種適用于光伏系統(tǒng)的高效mppt控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池發(fā)電效率最大化控制方法,適用于各種大中小功率等級的光伏新能源并網(wǎng)發(fā)電場合。
背景技術(shù)：
光伏發(fā)電作為清潔能源發(fā)電的重要一支，近年來呈現(xiàn)蓬勃的發(fā)展趨勢，由于光伏電池的工作原理特性一在系統(tǒng)的外界環(huán)境(溫度，日照，角度等)條件下，不同的陣列輸出電壓可以得到不同的輸出功率，為了盡可能多的輸出電能，光伏系統(tǒng)必須對系統(tǒng)進行最大功率跟蹤(MPPT)控制。目前MPPT算法主要有擾動觀察法和電導增量法。電導增量法算法較為復雜，且要求系統(tǒng)控制響應要快，算法復雜降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且對系統(tǒng)控制響應速度提出了更為嚴峻的要求，其應用相比較于擾動觀察法有一定 的局限性。擾動觀察法分為定步長擾動觀察法和變步長擾動觀察法兩種，定步長擾動觀察法，步長選擇小了，精度高但跟蹤速度慢，步長選擇大了，速度快但精度低，跟蹤速度和跟蹤精度是一對不可調(diào)和的矛盾。且擾動觀察法下一次的擾動方向判斷由功率大小比較來決定，功率計算的準確性顯得尤為重要，否則就增大了誤判的幾率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種變步長的擾動觀察法，解決了搜索速度和精度這一對不可調(diào)和的矛盾，且提供了可靠的準確的功率計算方法，大大降低了功率誤判的幾率。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種適用于光伏系統(tǒng)的高效mppt控制策略，其特征是實時動態(tài)調(diào)節(jié)光伏電池輸出電壓，實現(xiàn)光伏系統(tǒng)最大功率輸出?？刂七^程分為三個階段
a、在本次陣列電壓擾動完成進入穩(wěn)態(tài)后，實時計算當前PV陣列輸出功率，以與上一次陣列輸出功率比較，作為判斷下一次擾動方向的依據(jù)；
b、在尋優(yōu)最大功率點的過程中，若連續(xù)N(N=3，4，5……)次朝功率增大的方向擾動，則
不斷放大電壓擾動步長直至最大限值V寧K=IV, 2V，3V……)，從而快速尋優(yōu)到最大功率點；
C、在尋優(yōu)到最大功率點后，若功率增大減小來回擺動，則不斷縮小電壓擾動步長直至最小限值^ (Vrttpfik=IV, O. 9V，0. 8V……)，從而減少在最大功率點處的震蕩損失。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在
I、通過采用變步長的擾動觀察法控制方法，兼顧了系統(tǒng)精度和速度上的要求，在尋優(yōu)最大功率點的過程中，大步長的快速擾動到最大功率點，保證了跟蹤速度。在尋優(yōu)到最大功率點后，通過步長收斂大大降低了系統(tǒng)的震蕩損失，保證了跟蹤精度。
2、光伏MPPT擾動采取周期性的擾動策略，下一次的擾動方向判斷依賴于PV輸出功率大小的比較，通過采最新的電壓電流值的方法，避免了將電壓擾動過程中的采樣點帶進來，提高了檢測穩(wěn)態(tài)下PV輸出功率的精度，降低了誤判的幾率。


圖I為光伏電池陣列的I-V&P-V特性曲線。圖2為光伏電池不同溫度下的P-V特性曲線。
圖3為光伏電池不同日照量下的P-V特性曲線。圖4為本發(fā)明控制方法原理圖。圖5為本發(fā)明控制方法流程圖。 以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明
具體實施例方式圖I給出的光伏電池陣列I-V&P-V特性曲線，是系統(tǒng)分析最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)之一，圖示表明它具有強烈的非線性特性。在給定日照情況下,光伏電池陣列短路qj= O)時，此時電流為短路電流/κ;光伏
電池陣列開路(/= O)時，此時電壓為開路電壓。€。當光伏陣列電壓上升時，輸出功率從零
開始增加，當電壓達到一定值時，功率可達到最大，輸出電壓繼續(xù)增大時，功率開始減小并最終減小為零。光伏電池陣列輸出功率最大的點，稱為最大功率點，該點所對應的電壓稱為
最大功率點電壓4;該點所對應的電流，稱為最大功率點電流Ja;該點的功率，稱為最大
功率4。溫度和日照強度是影響光伏陣列功率輸出的最重要的參數(shù)，溫度上升將使太陽電池開路電壓\c下降，短路電流輕微增大，總體效果會造成光伏電池的輸出功率下降，如圖2所示；而日照強度的增大將會使光伏電池的輸出功率增大，如圖3所示。上述因素會造成系統(tǒng)工作點飄忽不定，這必然導致系統(tǒng)效率的降低。為此，光伏陣列必須實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，以便陣列在任何當前日照下不斷獲得最大功率輸出。圖4可以看出，光伏陣列PV曲線是一個以最大功率點為極值的單峰函數(shù)，其特點說明我們可以用步進搜索法來尋找最大功率點，即從起始狀態(tài)開始，每次做一有限變化，然后測量由于輸入信號變化引起輸出變化的大小及方向，等到辨別了方向以后，再命令被控對象的輸入按需要的方向調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自尋最優(yōu)控制。當負載特性與太陽電池特性的交點在陣列最大功率點相應電壓之左時，MPPT的作用是使交點處的電壓升高，而當交點在陣列
最大功率點相應電壓^之右時，MPPT的作用是使交點處的電壓下降。圖中說明了這個動態(tài)過程首先，假定系統(tǒng)工作點在功率上升曲線A點，此時電壓擾動方向+ u V則下一個MPPT周期的光伏陣列輸出電壓為 Φ)=^ + Av= ，由于4>Pa，說明電壓擾動方向正確，繼續(xù)保持原方向，工作點從B到C。由于,繼續(xù)保持原擾動方向，工作點從C到D，而此時功率點在下降曲線上，由于說明電壓擾動方向為功率下降方向，則擾動方向反向為-厶V,工作點從D到C。同理，系統(tǒng)工作點在B，C，D之間徘徊，保持尋優(yōu)過程。圖5為本發(fā)明的具體控制流程圖，首先對系統(tǒng)的PV電壓和PV電流采樣，始終獲得系統(tǒng)最新的時間段Taapij (Tsepfc=O. 5s, O. 4s, O. 3s……)內(nèi)的采樣值各自求取平均值，其乘
積作為當前穩(wěn)態(tài)PV陣列輸出功率值。通過比較系統(tǒng)當前PV輸出功率與上一次PV輸出功率，若功率增大，則下一周期以同方向擾動；否則改變擾動方向。若功率連續(xù)CNT1(CNT1=3，
4,5……)次增大，則擾動步長乘以倍數(shù)值( Vmaip, =1. 1,1.2,1.3……)，在此基礎(chǔ)上
連續(xù)增大次數(shù)到CNT2 (CNT2= CNTl+1,2,3……)，擾動步長繼續(xù)乘以1之后若仍維持
功率增大趨勢，則每次均乘以1Vaaip直至到最大步長限若功率增大減小來回擺
動，累計次數(shù)達到CNT3 (CNT3=2，3，4……)次及以上，則擾動步長不斷除以1直至到最 小步長限值最后保存當前穩(wěn)態(tài)PV輸出功率值，以作為下一次比較的上次值，同時將改變的電壓擾動輸出到控制接口上，則本次MPPT擾動結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種適用于光伏系統(tǒng)的高效mppt控制策略，其特征是實時動態(tài)調(diào)節(jié)光伏電池輸出電壓，實現(xiàn)光伏系統(tǒng)最大功率輸出； 控制過程分為三個階段 a、在本次陣列電壓擾動完成進入穩(wěn)態(tài)后，實時計算當前PV陣列輸出功率，以與上一次陣列輸出功率比較，作為判斷下一次擾動方向的依據(jù)； b、在尋優(yōu)最大功率點的過程中，若連續(xù)Q(Q=3，4，5……)次朝功率增大的方向擾動，則不斷放大電壓擾動步長直至最大限值(vw =1V，2V，3V……)，從而快速尋優(yōu)到最大功率點； C、在尋優(yōu)到最大功率點后，若功率增大減小來回擺動，則不斷縮小電壓擾動步長直至最小限值￥_^=IV, O. 9V，0. 8V……)，從而減少在最大功率點處的震蕩損失。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實時計算當前穩(wěn)態(tài)PV陣列輸出功率，其特征是針對系統(tǒng)的PV電壓和PV電流采樣，始終獲得系統(tǒng)最新的時間段Taapfc (Tampfc =0.5s,0. 4s,O. 3s……)內(nèi)的采樣值各自求取平均值，其乘積作為當前穩(wěn)態(tài)PV陣列輸出功率值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變步長最大功率尋優(yōu)控制方法，其特征是通過比較系統(tǒng)當前PV輸出功率與上一次PV輸出功率，若功率增大，則下一周期以同方向擾動；否則改變擾動方向； 若功率連續(xù)CNTI (CNTI=3，4，5……)次增大，則擾動步長乘以倍數(shù)值(=1. 1,1. 2,1. 3……)，在此基礎(chǔ)上連續(xù)增大次數(shù)到CNT2 (CNT2= CNTl+1,2,3……)，擾動步長繼續(xù)乘以,之后若仍維持功率增大趨勢，則每次均乘以直至到最大步長限值； 若功率增大減小來回擺動，累計次數(shù)達到CNT3 (CNT3=2，3，4……)次及以上，則擾動步長不斷除以直至到最小步長限值Vrtqmin。
全文摘要
一種適用于光伏系統(tǒng)的高效mppt控制策略，實時動態(tài)調(diào)節(jié)光伏電池輸出電壓，實現(xiàn)光伏系統(tǒng)最大功率輸出。本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在通過采用變步長的擾動觀察法控制方法，兼顧了系統(tǒng)精度和速度上的要求。
文檔編號G05F1/67GK102768555SQ201110426880
公開日2012年11月7日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者丁杰, 呂宏水, 吳福保, 周敏, 宋飛, 王彤, 田新全, 陳梅 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院