專利名稱：一種快速高精度光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是光伏陣列MPPT (最大功率點(diǎn)跟蹤)控制方法，屬于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)，不可再生能源的日益緊缺以及環(huán)境污染的日益加劇，使得太陽能等可再生能源的利用受到了政府和社會(huì)各界的重視，光伏發(fā)電技術(shù)也因此得到了快速的發(fā)展。光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)是光伏發(fā)電涉及的主要技術(shù)之一。目前常用的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法包括恒定電壓法，短路電流法，擾動(dòng)觀測(cè)法，電導(dǎo)增量法，模糊控制法等，還有ー些基于上述方法的改進(jìn)方法。恒定電壓法和短路電流法，是利用開路電壓(短路電流)與最大功率點(diǎn)電壓(最大功率點(diǎn)電流)之間存在的近似關(guān)系，將光伏電池的工作電壓(電流)鎖定，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。這兩種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行 穩(wěn)定，但跟蹤精度較差，僅適合于中小功率場(chǎng)合，并且使用傳統(tǒng)方法測(cè)量開路電壓(短路電流)，會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)行帶來干擾。擾動(dòng)觀測(cè)法是最為常用的ー種方法。該方法算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但無法消除穩(wěn)態(tài)振蕩，同時(shí)擾動(dòng)步長(zhǎng)設(shè)置的過大或過小，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。電導(dǎo)増量法是對(duì)擾動(dòng)觀測(cè)法的ー種改迸，其控制效果較好，穩(wěn)態(tài)精度高，但是控制算法復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)硬件要求高。模糊控制法全面，靈活，兼容性較好，但控制精度較低，動(dòng)態(tài)性能差。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題針對(duì)傳統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法存在的不足，本發(fā)明提出ー種快速高精度光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，將短路電流法與電導(dǎo)增量法有機(jī)結(jié)合起來，并且考慮到傳統(tǒng)短路電流法中，檢測(cè)短路電流會(huì)使系統(tǒng)暫停運(yùn)行，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定以及能源的浪費(fèi)，本發(fā)明采用在線檢測(cè)短路電流的方法，消除了對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，提高了穩(wěn)定性和效率。將這兩種方法結(jié)合起來，其優(yōu)勢(shì)在于不僅能夠快速地跟蹤到最大功率點(diǎn)，還能降低穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)振蕩所帶來的能量損失。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案是將短路電流法與電導(dǎo)增量法結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了兩種方法的有機(jī)結(jié)合和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，其具體方案包括以下步驟I)定義系統(tǒng)某ー工作時(shí)刻為t，采樣光伏電池在t時(shí)刻的輸出電壓和輸出電流，計(jì)算出輸出功率；2)將t時(shí)刻功率、電壓與t_l時(shí)刻功率、電壓各自分別進(jìn)行比較，根據(jù)dP/dU的正負(fù)，判斷系統(tǒng)是否工作在最大功率點(diǎn)的左側(cè)；其中dP是相鄰采樣時(shí)刻的功率差值，如是相鄰采樣時(shí)刻的電壓差值，最大功率點(diǎn)左側(cè)是指系統(tǒng)工作點(diǎn)電壓小于最大功率點(diǎn)電壓之處；3)如果系統(tǒng)工作點(diǎn)不在最大功率點(diǎn)左側(cè)，則調(diào)節(jié)占空比，使得系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)；
4)如果系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)，則將光伏陣列輸出功率近似公式P = IsU對(duì)電壓U求導(dǎo)，得到公式Is (t) =dP (t) /dU (t)，計(jì)算Is⑴和Is (t-1)，比較兩者大小，如果差值在誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為Is (t)為短路電流值Isc，使用最大功率點(diǎn)電流公式Im=0.92Isc，得到最大功率點(diǎn)電流Im，該電流則為短路電流法控制的參考電流值；5)如果I(t)與I (t-1)兩者之間的差值超出誤差范圍，則認(rèn)為系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)附近，采用電導(dǎo)增量法來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制，直至實(shí)現(xiàn)在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，之后，每隔一段時(shí)間，重新返回到步驟2 )執(zhí)行程序。所述的短路電流法，采用在線檢測(cè)技術(shù)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)左側(cè)，通過求取輸出功率對(duì)輸出電壓的導(dǎo)數(shù)，取該導(dǎo)數(shù)近似等于短路電流，應(yīng)用到短路電流的控制中。在最大功率點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，每隔一段時(shí)間，重新測(cè)量短路電流值。間隔時(shí)間的確定，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓闆r，系統(tǒng)供電穩(wěn)定性要求綜合考慮，達(dá)到跟蹤時(shí)效性，運(yùn)行穩(wěn)定性，能源高效性的平衡。本發(fā)明結(jié)合這些因素，將間隔時(shí)間設(shè)定為30秒。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益之處(I)跟蹤快速。由于系統(tǒng)采用了短路電流法控制，將運(yùn)行點(diǎn)迅速鎖定在最大功率點(diǎn)附近，省去了単獨(dú)的電導(dǎo)增量法或者擾動(dòng)觀測(cè)法從零功率到最大功率點(diǎn)附近的尋優(yōu)過程，時(shí)間大幅度減少。(2)跟蹤精度高。由于采用短路電流法將工作點(diǎn)迅速鎖定到最大功率點(diǎn)附近，因此采用電導(dǎo)增量法時(shí)，步長(zhǎng)可以設(shè)置的較小，這樣減少了穩(wěn)態(tài)情況下系統(tǒng)的振蕩，具有較高的跟蹤精度。(3)系統(tǒng)效率高。傳統(tǒng)的短路電流檢測(cè)需要通過短接光伏電池來實(shí)現(xiàn)，這樣不僅影響了系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，還對(duì)光伏電池的輸出功率造成了浪費(fèi)。本發(fā)明采用短路電流間接在線檢測(cè)方法，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性，提高了光伏電池輸出功率的利用率。(4)可靠性高。本發(fā)明所采用的短路電流法和電導(dǎo)增量法，都是傳統(tǒng)的MPPT控制方法，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，開發(fā)方便，經(jīng)濟(jì)可 靠。


圖I為光伏陣列P-U曲線圖，圖2為光伏陣列I-U曲線圖，圖3為本發(fā)明的方法流程圖，圖4為電導(dǎo)增量法光伏電池輸出功率仿真波形，圖5為采用本發(fā)明方法得到的光伏電池輸出功率仿真波形。
具體實(shí)施例方式I)定義系統(tǒng)某ー工作時(shí)刻為t,在t時(shí)刻米樣光伏電池的輸出電壓、輸出電流,計(jì)算出輸出功率；2)將t時(shí)刻的功率、電壓與t_l時(shí)刻的功率、電壓分別進(jìn)行比較，根據(jù)dP/dU的正負(fù)，判斷系統(tǒng)是否工作在最大功率點(diǎn)的左側(cè)，其中dP是指相鄰采樣時(shí)刻的功率差值，如是指相鄰采樣時(shí)刻的電壓差值，最大功率點(diǎn)左側(cè)是指系統(tǒng)工作點(diǎn)電壓小于最大功率點(diǎn)電壓之處；3)如果系統(tǒng)工作點(diǎn)不在最大功率點(diǎn)左側(cè)，則調(diào)節(jié)占空比，使得系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)；
4)確定系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)，則通過公式I (t)=dP(t)/dU(t)得到I (t)和I(t-l)，比較兩者大小。當(dāng)差值在誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為I (t)為短路電流值Isc，再根據(jù)近似公式Im=O. 92Isc (公式中O. 92為經(jīng)驗(yàn)系數(shù))，得到最大功率點(diǎn)電流Im，該電流則為短路電流法控制的參考電流值；5)如果I(t)和I(t-l)兩者之間的差值超出誤差范圍，則認(rèn)為系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)附近，采用電導(dǎo)增量法來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制，直至實(shí)現(xiàn)在最大功率點(diǎn)運(yùn)行。之后，每隔一段時(shí)間，重新返回到2 )執(zhí)行程序。步驟2)中所述根據(jù)dP/dU的正負(fù)，判斷系統(tǒng)是否工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)的理論依據(jù)是根據(jù)圖I所示的光伏陣列P-U曲線可知，當(dāng)dP/dU > 0，說明系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)；當(dāng)dP/dU < 0，說明系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)右側(cè)；當(dāng)dP/dU=0，說明系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)。步驟4)中所述將I (t)作為短路電流值Isc的理論依據(jù)是根據(jù)圖2所示的光伏陣列I-U曲線可知，在A-B區(qū)間內(nèi)，光伏陣列輸出電流與短路電流基本相同，而光伏陣列的輸出功率為
權(quán)利要求
1.ー種快速高精度光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于將短路電流法與電導(dǎo)增量法結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了兩種方法的有機(jī)結(jié)合和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，其具體方案包括以下步驟 1)定義系統(tǒng)某ー工作時(shí)刻為t，采樣光伏電池t時(shí)刻的輸出電壓和輸出電流，計(jì)算出輸出功率； 2)將t時(shí)刻功率、電壓與t-1時(shí)刻功率、電壓分別進(jìn)行比較，根據(jù)dP/dU的正負(fù)，判斷系統(tǒng)是否工作在最大功率點(diǎn)的左側(cè)；其中dP是相鄰采樣時(shí)刻的功率差值，dU是相鄰采樣時(shí)刻的電壓差值，最大功率點(diǎn)左側(cè)是指系統(tǒng)工作點(diǎn)電壓小于最大功率點(diǎn)電壓之處； 3)如果系統(tǒng)工作點(diǎn)不在最大功率點(diǎn)左側(cè)，則調(diào)節(jié)占空比，使得系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)； 4)如果系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)左側(cè)，則將光伏陣列輸出功率按公式〃な"對(duì)電壓U求導(dǎo)，得到公式短路電流Is (t) =dP (t) /dU (t)，計(jì)算Is⑴和Is (t-1)，比較兩者大小，如果差值在誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為Is (t)為短路電流值Isc，使用公式Im=0.92Isc，得到最大功率點(diǎn)電流Im，該電流則為短路電流法控制的參考電流值； 5)如果I(t)與I(t-1)兩者之間的差值超出誤差范圍，則認(rèn)為系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)附近，采用電導(dǎo)增量法來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制，直至實(shí)現(xiàn)在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，之后，每隔一段時(shí)間，重新返回到步驟2)執(zhí)行程序；
2.如權(quán)利I所述的快速高精度光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于所述的短路電流法，采用在線檢測(cè)技術(shù)，使系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)左側(cè)，通過求取輸出功率對(duì)輸出電壓的導(dǎo)數(shù)，取該導(dǎo)數(shù)近似等于短路電流，應(yīng)用到短路電流的控制中。
3.如權(quán)利I所述的快速高精度光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，其特征在于在最大功率點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，每隔一段時(shí)間，重新測(cè)量短路電流值。
全文摘要
本發(fā)明是一種快速高精度光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法，將短路電流法與電導(dǎo)增量法結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)兩種方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。采用光伏電池的輸出電壓、輸出電流，判斷系統(tǒng)是否運(yùn)行在最大功率點(diǎn)左側(cè)，如果不是，通過調(diào)節(jié)占空比，使得系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)左側(cè)運(yùn)行；求取dP/dU的值，取其近似等于短路電流值Is，求出對(duì)應(yīng)的最大功率點(diǎn)電流Im(Im=0.92Is)，應(yīng)用于短路電流法的控制；采樣輸出電流，并比較相鄰時(shí)刻采樣電流的差值，當(dāng)差值大于設(shè)定范圍時(shí)，說明系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)附近，此時(shí)系統(tǒng)切換到電導(dǎo)增量法運(yùn)行，直至搜索到最大功率點(diǎn)。本發(fā)明動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，跟蹤精度高，同時(shí)大大減少了傳統(tǒng)短路電流法對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的干擾，提高了光伏電池的輸出效率。
文檔編號(hào)G05F1/67GK102841628SQ20121026626
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者林明耀, 吳威, 林克曼, 駱皓 申請(qǐng)人:東南大學(xué)