專利名稱：光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，屬于新能 源發(fā)電控制系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)自帶儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，主要解決偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)的供電問(wèn)題；并網(wǎng)光伏 發(fā)電系統(tǒng)直接與電網(wǎng)相連，如同一個(gè)小型分布式發(fā)電站，將采集到的電能饋入電網(wǎng)。
光伏電池利用光電效應(yīng)產(chǎn)生電流，電壓-電流曲線如圖2所示，圖中V-I曲線為 伏-安特性曲線，V-P曲線為功率曲線。由圖2可知，在某一特定環(huán)境下，每塊光伏電 池板有l(wèi)個(gè)最大功率點(diǎn)Pn^，要想提高光伏系統(tǒng)的整體效率，-一個(gè)重要的途徑就是實(shí) 時(shí)調(diào)整光伏電池的工作點(diǎn)，使之始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這一過(guò)程稱之為最大功 率點(diǎn)追蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT)。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用日 漸增多，但系統(tǒng)造價(jià)仍居高不下，轉(zhuǎn)換效率也較低，因此，通過(guò)控制光伏電池板輸出 電功率使光伏電池板按MPPT工作，提高系統(tǒng)效率，從某種意義上說(shuō)相應(yīng)地降低了系 統(tǒng)成本，從而促進(jìn)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
傳統(tǒng)MPPT算法主要有恒定電壓控制法、擾動(dòng)觀察法、增量電導(dǎo)法等。
① 恒定電壓法在溫度變化不大的情況下，光伏電池輸出最大功率點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的電 壓值近似不變，因此，恒定電壓法把光伏電池輸出電壓控制在某一電壓值，使光伏電 池輸出最大功率。但是當(dāng)外界環(huán)境變化時(shí)系統(tǒng)難以進(jìn)行準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)跟蹤，從而 造成控制系統(tǒng)適應(yīng)性較差。
② 增量電導(dǎo)法由光伏電池V-P曲線可知，光伏電池在最大功率點(diǎn)處dPmaxZdK-
/+F*d//dI/=0，則有(1/^「=-//^增量電導(dǎo)法以此為判斷最大功率點(diǎn)的條件，通過(guò)
改變變換器功率管的占空比，達(dá)到最大功率點(diǎn)跟蹤。增量電導(dǎo)法需要較高精度的傳感 器對(duì)光伏電池輸出電壓、電流進(jìn)行采樣，同時(shí)控制算法較復(fù)雜，系統(tǒng)成本較高。
③ 擾動(dòng)觀測(cè)法擾動(dòng)觀測(cè)法通過(guò)改變光伏電池輸出電壓調(diào)節(jié)輸出功率，采樣并計(jì) 算當(dāng)前輸出功率尸n，與上次采樣得到的功率iV,進(jìn)行比較，若尸n大于/V!，則繼續(xù) 同方向增大(或減小)輸出電壓，反之則減小(或增大)輸出電壓。擾動(dòng)觀測(cè)法較之 增量電導(dǎo)法更簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)更方便，且與初始參數(shù)無(wú)關(guān)。但是擾動(dòng)觀測(cè)法在跟蹤穩(wěn)定時(shí)，在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，同時(shí)擾動(dòng)觀測(cè)法需要對(duì)光伏電池輸出電壓、電流進(jìn)行采樣，并且需要將采樣結(jié)果進(jìn)行相乘計(jì)算功率，增加了控制器運(yùn)算負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法， 適用于電流型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)或具有蓄電池充電環(huán)節(jié)的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，本方法 僅以變換器輸出電流作為參考值，只需判斷前后兩次電流的大小進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟 蹤，具有跟蹤速度快、穩(wěn)定性好、算法簡(jiǎn)單、所需檢測(cè)器件少、精度要求不高等優(yōu)點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于控制步驟如下
步驟l:用微處理器作為光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，檢測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中變換 器的輸出電流；
步驟2:該微處理器計(jì)算當(dāng)前輸出電流采樣值/k與前一控制周期輸出電流采樣值Ik-1之差△I=Ik-I(k-1):
若△I=0，
則控制量M不作任何修改，結(jié)束。
若△I≠0
則判斷A/是否大于0;
步驟3:根據(jù)步驟2的判斷結(jié)果
若AI>0，
則檢査控制標(biāo)志DIR是否等于0;
步驟4:根據(jù)步驟3的判斷結(jié)果
若DIR=O，
則M=M+△M，結(jié)束；
否則M=M-△M，結(jié)束；
步驟5:根據(jù)步驟4的判斷結(jié)果
若△I<()，
則檢查控制標(biāo)志DIR是否等于0;
步驟6:根據(jù)步驟5的判斷結(jié)果
若DIR=O，
則M=M-△M， DIR=1，結(jié)束；
否則M=M+△M， DIR=0，結(jié)束。


圖1是本發(fā)明的所述光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法流程圖
圖2是光伏電池電壓-電流曲線和電壓-功率曲線圖
圖3是電流型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖
圖4是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)圖
圖5是最大功率跟蹤時(shí)逆變器輸出最大功率曲線圖
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下
本發(fā)明所述的光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法可應(yīng)用于電流 型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，也可用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，以下分別進(jìn)行說(shuō)明
先看圖3，本發(fā)明所述的應(yīng)用該控制方法的電流型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)包括
(1) 光伏電池板作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入，為包括控制電路、檢測(cè)電路在內(nèi)的整 個(gè)系統(tǒng)提供電能。在有光照的情況下，太陽(yáng)能電池板將所接受的光能轉(zhuǎn)換為電能；無(wú) 光照時(shí)，其停止工作，輸出端開(kāi)路。
(2) 電流型并網(wǎng)逆變器根據(jù)并網(wǎng)電流輸出量的變化直接改變PWM調(diào)制深度， 使并網(wǎng)可輸出電流始終維持最大，實(shí)現(xiàn)光伏陣列在最大功率點(diǎn)并網(wǎng)發(fā)電。
(3) 電網(wǎng)作為電流型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量傳輸線路，將光伏電池采集的 電能輸送給負(fù)載。
再看圖4，本發(fā)明所述的應(yīng)用該控制方法的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)包括
(1) 太陽(yáng)能電池板作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入，為包括控制電路、檢測(cè)電路在內(nèi)的 整個(gè)系統(tǒng)提供電能。在有光照的情況下，太陽(yáng)能電池板將所接受的光能轉(zhuǎn)換為電能； 無(wú)光照時(shí)，其停止工作，輸出端開(kāi)路。
(2) DC/DC變換器包括cuk'變換器、或boost變換器、或buck變換器，作為能量變換環(huán)節(jié)，根據(jù)該變換器輸出電流的大小改變變換器內(nèi)功率開(kāi)關(guān)管的占空比，使 輸出電流始終維持最大，實(shí)現(xiàn)光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤。
(3) 蓄電池作為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，白天蓄電池存儲(chǔ)太陽(yáng)能電池板輸出的電能，到負(fù)載需要時(shí)再將其釋放出來(lái)。
一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于控制步驟如下
步驟l:用微處理器作為光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，檢測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中變換 器的輸出電流；
步驟2:該微處理器計(jì)算當(dāng)前輸出電流采樣值/k與前一控制周期輸出電流采樣值/k—j
之差ΔI=/k-/k.1:
若ΔI=0，
則控制量M不作任何修改，結(jié)束。
若A/#0，
則判斷A/是否大于0;
步驟3:根據(jù)步驟2的判斷結(jié)果
若A/>0，
則檢查控制標(biāo)志DIR是否等于0; 步驟4:根據(jù)步驟3的判斷結(jié)果
若DIR-O，
則M=M+AM，結(jié)束；
否則Jk^M-AM，結(jié)束； 步驟5:根據(jù)步驟4的判斷結(jié)果 若△/<()，
則檢查控制標(biāo)志DIR是否等于0; 步驟6:根據(jù)步驟5的判斷結(jié)果
若DIR-O，
則二M-AM， DIR=1，結(jié)束； 否貝Uil^M+AM， DIR=0，結(jié)。
本光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法原理簡(jiǎn)述如下 本方法是一種新型擾動(dòng)觀察法。設(shè)M^和Mk分別為第k+l和k時(shí)刻變換器輸
出電流的控制量，lAMl為擾動(dòng)控制量；i^和f^分別為第k和k-1時(shí)刻的光伏電
池輸出功率；符號(hào)函數(shù)sign()作如下定義
<formula>complex formula see original document page 6</formula>(i)
進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)，若^,k大于^k-,，則繼續(xù)同方向增大變換器控制量； 否則減小變換器控制量。因而下一次的控制量可由下式?jīng)Q定
<formula>complex formula see original document page 6</formula> (2)
變換器輸出電流/與輸出電壓U乘積為變換器輸出功率，即尸。u, =/xt/ 。假如
忽略變換器損耗，由能量守恒可得Pm =Put ，所以
<formula>complex formula see original document page 6</formula>( 3 )
式(2)變換為<formula>complex formula see original document page 7</formula> (4)
由于本發(fā)明光伏發(fā)電系統(tǒng)中變換器輸出電壓為電網(wǎng)電壓或蓄電池電壓，電壓幅值近似恒定不變，所以變換器輸出功率尸。ut正比于變換器輸出電流/，即如式(5)所示
Pout ∝I (5)
將式(5)代入式(4)得
<formula>complex formula see original document page 7</formula>)(6)
由式(6)可以看出本發(fā)明中變換器控制量只與變換器輸出電流有關(guān)，通過(guò)檢測(cè) 輸出電流對(duì)變換器進(jìn)行控制，即可實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。本發(fā)明的控制方法依次包含以下步驟
步驟l:用微處理器作為光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，檢測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中變換 器的輸出電流；
步驟2:該微處理器計(jì)算當(dāng)前輸出電流采樣值Ik與前一控制周期輸出電流采樣值Ik-1之差△I=Ik-Ik-1:
若△I=0,則控制量M不作任何修改，結(jié)束。
若△I≠0，
則判斷A/是否大于0;
步驟3:根據(jù)步驟2的判斷結(jié)果 若△I>0，則檢査控制標(biāo)志DIR是否等于0;
步驟4:根據(jù)步驟3的判斷結(jié)果
若DIR = 0，
則M=M+△M，結(jié)束； 否則M:M-△M，結(jié)束；
步驟5:根據(jù)步驟4的判斷結(jié)果 若△I<()，
則檢査控制標(biāo)志DIR是否等于0;
步驟6:根據(jù)步驟5的判斷結(jié)果
若DIR=O，
否則 M=M—△M， DIR=1，結(jié)束； 否則M=M+△M， DIR=0，結(jié)束。
本發(fā)明的控制方法通過(guò)周期性檢測(cè)并計(jì)算變換器輸出電流的有效值/，調(diào)節(jié)控制 量M,使得變換器輸出電流有效值/始終維持最大可輸出電流，從而實(shí)現(xiàn)光伏陣列的
最大功率輸出。該方法控制簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，傳感器精度要求不高，不僅適用于天 氣條件變化較快的場(chǎng)合，對(duì)于輸出電壓變化較大的場(chǎng)合也有很好的跟蹤效果。
下面分別以獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和電流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為例，說(shuō)明具體控制方式。
在電流型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中(如圖3所示)，M為逆變器調(diào)制深度，逆變器的 輸出電壓f/就是電網(wǎng)電壓。由上述分析可知，光伏陣列輸出功率與逆變器輸出電流 有效值/成線性關(guān)系。通過(guò)改變調(diào)制深度M，使得/維持可輸出的最大值，即可實(shí)現(xiàn) 最大功率點(diǎn)跟蹤。
圖5為最大功率跟蹤時(shí)逆變器輸出最大功率曲線圖，圖中曲線a和曲線b分別為 不同光照強(qiáng)度下逆變器輸出最大功率曲線。由圖5可知，當(dāng)電網(wǎng)電壓由W變到" 時(shí)，假如逆變器調(diào)制深度M不變，根據(jù)能量守恒定律，逆變器并網(wǎng)電流/會(huì)因電網(wǎng) 電壓降低而由A增大到/2，此時(shí)逆變器輸出功率不變，依然在等功率曲線a上，只是 工作點(diǎn)由原來(lái)的A點(diǎn)變到B點(diǎn)，逆變器繼續(xù)穩(wěn)定在B點(diǎn)進(jìn)行MPPT工作。假如光照 強(qiáng)度突然變強(qiáng)時(shí)，則逆變器工作點(diǎn)由B點(diǎn)變到C點(diǎn)，此后逆變器在等功率曲線b上進(jìn) 行MPPT工作。因此，本發(fā)明在天氣條件變化較快的場(chǎng)合，以及電網(wǎng)電壓變化較大的 場(chǎng)合也有很好的跟蹤效果。
在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中(如圖4所示)，M為DC/DC變換器功率開(kāi)關(guān)管的占空 比。DC/DC變換器輸出電壓f/為蓄電池電壓，蓄電池電壓近似恒定不變。由上述分 析可知，光伏陣列輸出功率與DC/DC變換器輸出電流/成線性關(guān)系，該輸出電流為
蓄電池充電電流。通過(guò)改變占空比M，使得/維持最大值輸出，即可實(shí)現(xiàn)光伏陣列最 大功率點(diǎn)跟蹤。
本發(fā)明所述的并網(wǎng)和獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制流程圖如圖1所示。圖1
中，/為當(dāng)前時(shí)刻檢測(cè)到的變換器輸出電流，/(UD為上一時(shí)刻檢測(cè)到的電流值。本發(fā)
明的MPPT控制算法最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需檢測(cè)逆變器輸出電流信號(hào)，而且算法簡(jiǎn)單， 無(wú)論是光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度還是輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，均可快速平穩(wěn)的跟蹤最大功率 點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于控制步驟如下步驟1用微處理器作為光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，檢測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中變換器的輸出電流；步驟2該微處理器計(jì)算當(dāng)前輸出電流采樣值Ik與前一控制周期輸出電流采樣值Ik-1之差ΔI＝Ik-Ik-1若ΔI＝0，則控制量M不作任何修改，結(jié)束。若ΔI≠0，則判斷ΔI是否大于0；步驟3根據(jù)步驟2的判斷結(jié)果若ΔI＞0，則檢查控制標(biāo)志DIR是否等于0；步驟4根據(jù)步驟3的判斷結(jié)果若DIR＝0，則M＝M+ΔM，結(jié)束；否則M＝M-ΔM，結(jié)束；步驟5根據(jù)步驟4的判斷結(jié)果若ΔI＜0，則檢查控制標(biāo)志DIR是否等于0；步驟6根據(jù)步驟5的判斷結(jié)果若DIR＝0，則M＝M-ΔM，DIR＝1，結(jié)束；否則M＝M+ΔM，DIR＝0，結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)直接電流控制的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，適用于電流型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)或具有蓄電池充電環(huán)節(jié)的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，本發(fā)明僅以變換器輸出電流作為參考值，只需判斷前后兩次電流的大小就可進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，具有跟蹤速度快、穩(wěn)定性好、算法簡(jiǎn)單、所需檢測(cè)器件少、精度要求不高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101202520SQ20071004791
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者吳春華, 崔開(kāi)涌, 鵬 肖, 陳國(guó)呈 申請(qǐng)人:上海大學(xué);上海吉電電子有限公司