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一種基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法

文檔序號:6295608閱讀:190來源:國知局
一種基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法,在單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中,光伏陣列的穩(wěn)定工作點都在包括最大功率點在內(nèi)的右側(cè)區(qū)域,最大功率點左側(cè)為非穩(wěn)定工作區(qū)。在非穩(wěn)定工作區(qū)時可以通過控制并網(wǎng)功率的大小來改變光伏陣列輸出電壓的運動軌跡,從而使其進入穩(wěn)定工作區(qū)。本發(fā)明方法不用采集陣列輸出功率值進行功率判斷,只需對光伏陣列輸出電壓進行觀察就可以實現(xiàn)最大功率點跟蹤算法,所以該算法不會受到采樣量化誤差的影響。
【專利說明】一種基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能分布式可再生新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏電池的輸出功率特性具有很強的非線性,其最大輸出功率及最大輸出功率點電壓與電流隨著溫度、光照強度、光照的不均衡度等因素變化。只有采用有效的最大功率點跟蹤算法,才能提高光伏發(fā)電系統(tǒng)對光伏電池組件電能的利用率。
[0003]目前,光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)最大功率點跟蹤的方法有很多:定電壓法、擾動觀察法、增量電導法、短路電流法等等,但是這些方法各有其優(yōu)缺點及適用范圍。定電壓法利用光伏電池的最大功率點電壓與其開路電壓的比值為一常數(shù)(大約為0.78)這一特性,控制光伏陣列的輸出電壓滿足0.78倍的開路電壓即可。該方法控制簡單,易于實現(xiàn),跟蹤速度快,但在外界環(huán)境變化導致開路電壓發(fā)生變化時,光伏電池的輸出功率會偏離最大功率點。擾動觀察法是利用光伏陣列P-V特性曲線的單峰值特性,擾動光伏陣列的輸出電壓或電流,觀察光伏陣列輸出功率的變化,根據(jù)功率變化的趨勢連續(xù)改變擾動電壓或電流方向,使其工作在最大功率點處。該方法控制簡單,對檢測元件要求不高,但會造成震蕩和誤判。增量電導
法也是利用其P-V曲線的單峰值特性,令dP/dV=0,及^=?+! =Q,因此將I =—丄
作為判斷最大功率點的條件。該方法控制精確,響應(yīng)速度快,但算法復雜,對檢測元件要求較高,也會出現(xiàn)震蕩和誤判現(xiàn)象。
[0004]最大功率點跟蹤算法采用數(shù)字化的形式實現(xiàn)時,有些算法的數(shù)字化會對最大功率點跟蹤性能造成一些影響,在某些情況下甚至會使最大功率點跟蹤失效,在不考慮噪聲干擾的情況下,量化誤差是造成數(shù)字化最大功率點跟蹤算法失效的原因之一。所以需要尋找一種最大功率點跟蹤方法以便解決采樣量化誤差對最大功率點跟蹤的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法,在陣列電壓穩(wěn)定的前提下,對逆變器輸出功率進行步進增加,觀察陣列電壓是否在穩(wěn)定工作區(qū)域,解決了現(xiàn)有最大功率點跟蹤方法量化誤差造成算法失效的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是,基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法,具體按照以下步驟實施:
[0007]步驟1:建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)阻抗模型;
[0008]步驟2:建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型;
[0009]步驟3:分析單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性;
[0010]步驟4:在穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)上實現(xiàn)最大功率點跟蹤。
[0011]本發(fā)明的特點還在于,[0012]其中的建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)阻抗模型,具體按照以下步驟實施:
[0013]單相系統(tǒng)理想情況下穩(wěn)態(tài)輸出有功功率Pip表示為:
_4] Plp=AIiVg,
[0015]其中,Ii與Vg分別為并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的有效值,λ為功率因數(shù);以η表示并網(wǎng)逆變器的工作效率,則系統(tǒng)直流濾波電容C后面部分的電路等效阻抗Rip表示為:
【權(quán)利要求】
1.基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法,其特征在于,具體按照以下步驟實施: 步驟1:建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)阻抗模型; 步驟2:建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型; 步驟3:分析單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性; 步驟4:在穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)上實現(xiàn)最大功率點跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法,其特征在于,所述的步驟I建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)阻抗模型,具體按照以下步驟實施: 單相系統(tǒng)理想情況下穩(wěn)態(tài)輸出有功功率Pip表示為:
P ip =人 IiVg, 其中,Ii與Vg分別為并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的有效值,λ為功率因數(shù);以η表示并網(wǎng)逆變器的工作效率,則系統(tǒng)直流濾波電容C后面部分的電路等效阻抗Rip表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法,其特征在于,所述的步驟2建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型,具體按照以下步驟實施: 電容C兩端的電壓與光伏陣列電壓相等,以iPV、i。、1-分別表示光伏陣列輸出瞬時電流、直流濾波電容瞬時充電電流以及濾波電容后面部分電路的瞬時電流,vPV表示光伏陣列輸出瞬時電壓,Pout為光伏陣列瞬時輸出功率,則:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法,其特征在于,所述的步驟3分析單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性,具體按照以下步驟實施:光伏陣列的穩(wěn)定工作點都在包括最大功率點在內(nèi)的右側(cè)區(qū)域,最大功率點左側(cè)區(qū)域為非穩(wěn)定工作區(qū);在非穩(wěn)定區(qū)域時通過控制并網(wǎng)功率大小來改變光伏陣列輸出電壓的運動軌跡,從而使其進入穩(wěn)定工作區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功率步進擾動的最大功率點跟蹤方法,其特征在于,所述的步驟4實現(xiàn)最大功率點跟蹤,采用功率步進法,具體按照以下步驟實施:以并網(wǎng)參考電流幅值信號IMf代替光伏陣列輸出功率,首先對光伏陣列電壓進行采樣,采樣結(jié)果存放在變量Vpv中,進而計算當前給定電壓信號Vref與Vpv的差值ev ; 若ev值連續(xù)多次與其前一次計算值ev—工相等,則認為光伏陣列輸出電壓穩(wěn)定,此時將Vpv的值賦予給定電壓信號Vref,然后根據(jù)前一次給定輸出電流的擾動增量dIMf與ev的比值大小確定新的給定并網(wǎng)電流幅值增量dIMf的大小,并重新計算并網(wǎng)電流幅值給定IMf ; 當^值大于evl值時,說明電網(wǎng)電壓正在下降,若電網(wǎng)電壓連續(xù)下降無法穩(wěn)定時,此時采用比例控制器減小并網(wǎng)電流幅值遏制光伏陣列電壓下降趨勢,并且使光伏陣列電壓按穩(wěn)定軌跡運動至穩(wěn)定點,當光伏陣列輸出電壓穩(wěn)定后,再次增大并網(wǎng)逆變器輸出功率值,重復進行陣列電壓的觀測與處理; 當ev值小于ev l值時,說明在并網(wǎng)逆變器輸出功率一定的情況下,陣列輸出電壓正在上升的過程中,此時陣列電壓以穩(wěn)定軌跡運行,其最終會收斂于穩(wěn)定點,所以在陣列輸出電壓上升階段不改變并網(wǎng)輸出功率,待其穩(wěn)定工作后,再逐漸增加并網(wǎng)逆變器輸出功率,最終實現(xiàn)最大功率點跟蹤功能。
【文檔編號】G05F1/67GK103645767SQ201310349891
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】張琦, 孫向東, 郭列, 安少亮, 任碧瑩, 楊慧 申請人:西安理工大學
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