基于功率預(yù)測的最大功率跟蹤算法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種最大功率跟蹤方法，本發(fā)明是基于功率預(yù)測優(yōu)化調(diào)整常規(guī)最大功率跟蹤算法，即通過功率預(yù)測，在保留原始最大功率跟蹤算法時，修正優(yōu)化當(dāng)前最大功率跟蹤擾動。能夠克服常規(guī)最大功率跟蹤算法的缺點，解決誤判以及局部最大功率等問題，由于本發(fā)明對原有最大功率跟蹤算法最大保留，方便優(yōu)化算法在不同平臺、不同最大功率算法下移植，實現(xiàn)優(yōu)化當(dāng)前所有常規(guī)最大功率點跟蹤算法。
【專利說明】基于功率預(yù)測的最大功率跟蹤算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)，具體地涉及基于功率預(yù)測的光伏電池的最大功率點追 蹤（MPPT)技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于人類社會對能源的需求越來越旺盛，傳統(tǒng)礦物燃料正在快速耗盡，國際能源 機構(gòu)預(yù)測，全世界煤炭只能用220年，油氣開采峰值位于2012年，并將在30?60年消耗殆 盡。據(jù)估計我國的煤炭只可開采80年，天然氣可開采30年，石油可開采20年。而且傳統(tǒng) 礦物燃料的使用過程會造成大量的污染。目前，由于大量的使用礦物燃料，人類向大氣中排 放大量的有害氣體，嚴重破壞了地球的生態(tài)環(huán)境。造成了諸如氣溫上升、海平面上升、酸雨 等等危害。因此，日益枯竭的傳統(tǒng)能源和傳統(tǒng)能源造成的巨大污染都給人類提出了新的課 題。針對這些情況，開發(fā)環(huán)保而且可再生的新能源是實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
[0003] 太陽能是地球上其他一切能源的最終來源。并且太陽能的利用不會對環(huán)境產(chǎn)生任 何污染，是最潔凈的能源。目前太陽能利用主要有三種方式：
[0004] (1)光-熱轉(zhuǎn)換太陽能光-熱轉(zhuǎn)換時太陽能熱利用的基本方式，它是利用太陽能將 水加熱儲于水箱中以便于利用的方式，這種熱能可以廣泛應(yīng)用于采暖，制冷，干燥，溫室，烹 飪以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域。
[0005] (2)光-電轉(zhuǎn)換它是利用光生伏打效應(yīng)原理制成太陽能電池，可將太陽的光能直 接轉(zhuǎn)換成電能加以利用。
[0006] (3)光-化學(xué)轉(zhuǎn)換光-化學(xué)轉(zhuǎn)換尚處于研究開發(fā)階段，這種技術(shù)包括半導(dǎo)體電極產(chǎn) 生電而電解水產(chǎn)生氫，利用氫氧化鈣或金屬氫化物熱分解儲能等形式。
[0007] 最近幾年，由于各國對環(huán)境保護的日益重視以及對煤炭，石油，天然氣等一次能源 逐漸枯竭的憂慮，世界上許多國家尤其是發(fā)達國家的政府紛紛出臺各種優(yōu)惠政策，啟動國 家項目，營造光伏太陽能發(fā)電的規(guī)模市場，有力地拉動了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國也在 2007年1月制定，頒布了《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，根據(jù)規(guī)劃到2010年，我國太陽能 發(fā)電總?cè)萘繛?00MW，2020年為2200MW，我國的光伏太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)將迎來一個長期而快 速的發(fā)展局面。
[0008] 在太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，提高太陽能電池的輸出效率是其中最關(guān)鍵的技術(shù)之 一；要提高整個發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，就要使太陽能電池始終工作在最大功率點，使其輸出 的功率最大。從光伏電池的介紹可以看出，太陽能電池的U-I特性具有非線性特征，而且隨 時可能隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化，這都對最大功率的跟蹤造成了困難。但同時，我們也可 以觀察到，在一定的光照強度和溫度下，總存在著一個太陽能電池的最大功率點。因此，如 何尋找到最大功率點，并使太陽能電池穩(wěn)定的工作在最大功率點就顯得尤其重要。
[0009] 最大功率點跟蹤實質(zhì)上就是一個尋找最優(yōu)的過程，即通過控制太陽能電池的端電 壓，來改變太陽能電池的工作點。當(dāng)電池工作在最大功率點電壓的左側(cè)時，電池輸出功率隨 電壓的上升而增加；當(dāng)電池工作在最大功率點電壓的右側(cè)時，電池輸出功率隨電壓的上升 而減小。最大功率跟蹤的過程實質(zhì)就是判斷目前電池所處的工作區(qū)域，并相應(yīng)的調(diào)整電池 的端電壓，使太陽能電池的工作點向最大功率點靠攏的過程。
[0010] 當(dāng)外界光照強度和溫度在快速變化情況下，常規(guī)最大功率追蹤將出現(xiàn)誤判，因此 常規(guī)算法如擾動觀察法、電導(dǎo)增量法，也就無法實現(xiàn)最大功率點的準確跟蹤，使得直流母線 電壓長時間偏離理想電壓，嚴重影響發(fā)電效率，并可能因誤判導(dǎo)致母線電壓過低而使得輸 出電流畸變。
[0011]目前，對于解決誤判情況的最大功率點跟蹤方法可以使用遺傳算法、粒子群優(yōu)化 (PS0)法。遺傳算法雖然可以跟蹤到最大功率點，但不能使系統(tǒng)穩(wěn)定地工作在最大功率點， 且算法較為復(fù)雜.需要調(diào)節(jié)的參數(shù)較多；而PS0算法較為簡單，但是粒子群優(yōu)化算法有著易 陷入局部最優(yōu)解、收斂速度不足和搜索精度逐漸降低的缺點。也有采用功率預(yù)測的方式來 實現(xiàn)功率突變出現(xiàn)的誤判。
[0012] 因此，需要開發(fā)一種新的最大功率跟蹤方法來解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，減少功 率突變出現(xiàn)的誤判。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中最大功率點跟蹤存在的不足，提供了一種基于功 率預(yù)測的最大功率跟蹤的方法，即基將功率預(yù)測方法來優(yōu)化調(diào)整變步長電導(dǎo)增量法，實現(xiàn) 光伏電池最大功率點的快速跟蹤。該方法能夠克服常規(guī)擾動觀察法、電導(dǎo)增量發(fā)等方法的 缺點，解決外界條件突變出現(xiàn)誤判以及局部最大功率等問題，快速、精確追蹤到最大功率 點，同時對原有最大功率跟蹤算法最大保留，方便優(yōu)化算法在不同平臺不同最大功率算法 下移植，實現(xiàn)優(yōu)化常規(guī)最大功率點跟蹤算法。
[0014] 本發(fā)明的基本原理：
[0015] 通過電導(dǎo)增量法實現(xiàn)最大功率點跟蹤，在外部條件發(fā)生改變時，諸如外部光照強 度改變等，常規(guī)最大功率跟蹤算法將出現(xiàn)誤判，使得直流母線電壓長時間偏離理想電壓， 嚴重影響發(fā)電效率，并可能因為誤判導(dǎo)致母線電壓過低而使得輸出電流畸變。采用基于功 率預(yù)測方法來優(yōu)化常規(guī)最大功率跟蹤算法，不局限于電導(dǎo)增量法實現(xiàn)最大功率點跟蹤，通 過功率預(yù)測Λ Pk = 來優(yōu)化常規(guī)最大功率跟蹤算法，解決誤判問題，最終通過 調(diào)整常規(guī)最大功率算法來實現(xiàn)最大功率跟蹤的目的。
[0016] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目，通過功率預(yù)測來優(yōu)化常規(guī)的最大功率跟蹤算法的技術(shù)方案：
[0017] 一種基于功率預(yù)測的最大功率跟蹤的方法，該方法包含以下步驟：
[0018] 1)測量光伏電池模塊輸出電壓Uk與電流Ik，計算功率P k， _9] 在上半個采樣周期后，測量光伏電池模塊輸出電壓Uk_1/2與電流Ik_ 1/2，計算功率 Pk-l/2 ;
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于功率預(yù)測的最大功率跟蹤的方法，該方法包含以下步驟： 1) 測量光伏電池模塊輸出電壓uk與電流Ik，計算功率Pk， 在上半個采樣周期后，測量光伏電池模塊輸出電壓Uk_1/2與電流Ik_ 1/2，計算功率Pk_1/2 ; 2) 計算
Δ Pk = Pk+Pk-「2*pk_1/2; 3) 采用電導(dǎo)增量法來判斷最大功率點； 4) 采用來優(yōu)化電導(dǎo)增量法判斷最大功率點，通過修正電導(dǎo)增量法方向。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 所述步驟3中， 判斷最大功率點具體為：通過dP(k)/dU(k)比較和判斷當(dāng)前工作點與最大功率點的位 置；
若dP(k)/dU(k) > 0,則增加參考電壓的擾動， 若dP(k)/dU(k) < 0,則減少參考電壓的擾動，
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于： k為恒定常數(shù)， 當(dāng)光伏電池工作點遠離最大功率點時，擾動步長將隨k|dP(k)/dU(k) |增大而增大； 反之，在解決最大功率點時，步長將隨k|dP(k)/dU(k) |減小而減小。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 所述步驟4中， 其中修正電導(dǎo)增量方向是指改變電導(dǎo)增量法擾動方法，具體為： 當(dāng)電導(dǎo)增量法增加參考電壓擾動，修正后為減少電壓擾動； 當(dāng)電導(dǎo)增量法減少參考電壓擾動，修正后為增加電壓擾動。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 所述步驟4中的所述△ Pk來優(yōu)化電導(dǎo)增量法判斷最大功率點，當(dāng)電導(dǎo)增量法擾動方向 與八匕識別方向一致時，保持電導(dǎo)增量法擾動方向； 電導(dǎo)增量法擾動方向與識別方向不一致時，采用識別方向來修正電導(dǎo)增量法 方向； 具體為： 若APk > 0,且dP(k)/dU(k) > 0,則保持電導(dǎo)增量法擾動方向； 若APk > 0,且dP(k)/dU(k) < 0,則保持電導(dǎo)增量法擾動方向； 若APk < 0,且dP(k)/dU(k) > 0,則修正電導(dǎo)增量法擾動方向； 若APk<〇,且dP(k)/dU(k) <0,則修正電導(dǎo)增量法擾動方向。
6. -種搭載如權(quán)利要求1-5中所述方法的光伏并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備。
【文檔編號】G05F1/67GK104063006SQ201410279721
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】張勇, 李世軍, 廖小俊, 舒成維, 袁帥, 李白龍, 徐力 申請人:江蘇兆伏新能源有限公司