專利名稱：一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，屬于新能源發(fā)電控制 系統(tǒng)的技術領域。
背景技術：
微型光伏并網(wǎng)逆變器在每塊光伏組件背面安裝一個集成各種保護及控制功能的 微型逆變器，由微型逆變器將電能變換成交流電后直接并入電網(wǎng)，若干相同模塊與電網(wǎng)并 聯(lián)構成光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)的集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，微型光伏并網(wǎng)逆變器 每個模塊進行最大功率點跟蹤，可以降低組件不匹配或局部陰影造成的功率損耗，提高系 統(tǒng)的效率。當環(huán)境的光照強度比較低時，光伏電池工作在低功率狀態(tài)，此時傳統(tǒng)微型并網(wǎng)逆 變器以小功率連續(xù)并網(wǎng)，導致逆變器效率處于低點并且并網(wǎng)電流的諧波比較大，這對整體 系統(tǒng)效率非常不利。因此，為了提高微型光伏并網(wǎng)逆變器的綜合指標，有必要在光伏電池 處于低功率狀態(tài)時進行一種特殊的控制模式。本發(fā)明采用高功率時連續(xù)工作模式，低功率 時間歇工作模式，可以有效解決光照強度較低時逆變器效率較低及并網(wǎng)電流諧波較大的問 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于光伏微型并網(wǎng)逆變器的最大功率點跟蹤方法， 當光伏電池輸出功率較高時采用傳統(tǒng)連續(xù)工作模式及最大功率點跟蹤方法；當光伏電池輸 出功率較低時采用間歇工作模式，即以設定功率連續(xù)工作若干周期，然后停止一段時間給 電容儲能，同時利用儲能周期的電壓變化率進行最大功率點跟蹤，使光伏電池工作在最大 功率點電壓。根據(jù)上訴的發(fā)明構思，本發(fā)明采用下述技術方案一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，其控制步驟如下(1)運行連續(xù)工作模式，進行最大功率點跟蹤控制；(2)采樣光伏電池電流ipv和電壓upv，計算光伏電池功率Ppv = upv*ipv ；(3)比較Ppv和功率閾值Pset的大小，如果Ppv > Pset,則執(zhí)行步驟⑴，否則執(zhí)行步 驟(4)，其中Psrt根據(jù)逆變器額定功率設定，一般取值為額定功率的30% ；(4)計算間歇工作模式下的并網(wǎng)周期N。n和儲能周期N。ff，運行間歇工作模式；(5)若當前為并網(wǎng)周期，則執(zhí)行間歇工作模式下的并網(wǎng)周期；否則執(zhí)行步驟(6)；(6)采樣、、t2、t3時刻逆變器輸入電容端電壓U1、U2和U3，分別計算儲能周期內(nèi)前 半段時間(t1 t2)和后半段時間(t2，t3)的輸入能量W1和W2 ；(7)根據(jù)W1和W2進行間歇工作模式時的最大功率點跟蹤計算，獲得最大功率點參 考電壓Uref ；(8)控制并網(wǎng)逆變器功率，使光伏電池電壓Upv等于最大功率點參考電壓uMf。
上述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，所述的步驟(1)中連續(xù)工 作模式時的最大功率點跟蹤方法采用恒定電壓法、或擾動觀測法、或?qū)Ъ{增量法、或滯環(huán)比 較法、或間歇掃描法、或最優(yōu)梯度法、或模糊控制法、或神經(jīng)網(wǎng)絡預測法。上述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，所述的步驟(4)中并網(wǎng)周 期N。n和儲能周期N。ff為電網(wǎng)周期的整數(shù)倍，一般以電網(wǎng)過零點為起始時刻，并且根據(jù)光伏 電池功率Ppv計算得到當Ppv < Psrt/2時，N。n = LNoff = Psrt/Ppv_l，并取整數(shù)；當Psrt > Ppv >Psrt/2時，N。ff= l，N。n = Ppv/(Psrt-Ppv),并取整數(shù)。所述的間歇工作模式為逆變器以設定 功率連續(xù)并網(wǎng)工作隊 周期，此周期為并網(wǎng)周期，然后逆變器停止隊 周期，此周期為儲能周 期。上述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，所述的步驟(6)中的 、、t2、t3分別為儲能周期開始時刻、儲能周期中間時刻和儲能周期結(jié)束時刻。所述的
=\*Ccap*{ul-u2{) W1 Ccap* {ul-U22)。上述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，所述的步驟(7)中最大功 率點參考電壓Um由W2和W1的差值經(jīng)PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到。上述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，所述的步驟(8)通過調(diào)節(jié) 逆變器的并網(wǎng)電流，使光伏電池電壓Upv接近最大功率點參考電壓Uref :當Upv < Uref時，減 小并網(wǎng)電流；當Upv > Uref時，增大并網(wǎng)電流。本發(fā)明具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明在光伏電池輸出 功率較低時采用間歇工作模式，即儲能幾個電網(wǎng)周期再并網(wǎng)工作幾個電網(wǎng)周期，并且按照 光伏電池的實際功率靈活的調(diào)整間歇工作模式下儲能和并網(wǎng)的周期數(shù)，同時利用儲能周期 電容電壓的變化率進行最大功率點跟蹤，可以減小光伏電池電壓波動，確保光伏電池始終 工作在最大功率點電壓。本發(fā)明可以在光伏電池低功率狀態(tài)下有效地提高系統(tǒng)效率，改善 系統(tǒng)的諧波，提高系統(tǒng)的整體指標。


圖1是本發(fā)明的光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法。圖2是間歇工作模式下儲能周期電壓U1, U2和U3采樣示意圖。圖3是光伏電池電壓-功率曲線圖。圖4是光伏電池功率曲線在不同狀態(tài)下的示意圖。圖5是間歇工作模式最大功率點跟蹤和并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)控制器。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，其控制步驟如下(1)運行連續(xù)工作模式，進行最大功率點跟蹤控制；(2)采樣光伏電池電流ipv和電壓upv，計算光伏電池功率Ppv = upv*ipv ；(3)比較Ppv和功率閾值Pset的大小，如果Ppv > Pset,則執(zhí)行步驟⑴，否則執(zhí)行步 驟(4)，其中Psrt根據(jù)逆變器額定功率設定，一般取值為額定功率的30% ；
(4)計算間歇工作模式下的并網(wǎng)周期N。n和儲能周期N。ff，運行間歇工作模式；(5)若當前為并網(wǎng)周期，則執(zhí)行間歇工作模式下的并網(wǎng)周期；否則執(zhí)行步驟(6)；(6)采樣、、t2、t3時刻逆變器輸入電容端電壓U1、U2和U3，分別計算儲能周期內(nèi)前 半段時間(t1 t2)和后半段時間(t2，t3)的輸入能量W1和W2 ；(7)根據(jù)W1和W2進行間歇工作模式時的最大功率點跟蹤計算，獲得最大功率點參 考電壓Uref ；(8)控制并網(wǎng)逆變器功率，使光伏電池電壓Upv等于最大功率點參考電壓uMf。上述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，所述的步驟(1)中連續(xù)工 作模式時的最大功率點跟蹤方法采用恒定電壓法、或擾動觀測法、或?qū)Ъ{增量法、或滯環(huán)比 較法、或間歇掃描法、或最優(yōu)梯度法、或模糊控制法、或神經(jīng)網(wǎng)絡預測法。上述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，所述的步驟(4)中并網(wǎng)周 期N。n和儲能周期N。ff為電網(wǎng)周期的整數(shù)倍，一般以電網(wǎng)過零點為起始時刻，并且根據(jù)光伏 電池功率Ppv計算得到當Ppv < Psrt/2時，N。n = LNoff = Psrt/Ppv_l，并取整數(shù)；當Psrt > Ppv >Psrt/2時，N。ff= l，N。n = Ppv/(Psrt-Ppv),并取整數(shù)。所述的間歇工作模式為逆變器以設定 功率連續(xù)并網(wǎng)工作隊 周期，此周期為并網(wǎng)周期，然后逆變器停止隊 周期，此周期為儲能周 期。上述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，所述的步驟(6)中的 、、t2、t3分別為儲能周期開始時刻、儲能周期中間時刻和儲能周期結(jié)束時刻。所述的
W1=^* Ccap * (U12 -uf),W2=^ Ccap * {ul -U22).上述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，所述的步驟(7)中最大功 率點參考電壓Um由W2和W1的差值經(jīng)PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到。應當理解的是，對本發(fā)明所在領域的普通技術人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術 方案及其構思進行相應的等同改變或替換，而所有這些改變或替換，都應屬于本發(fā)明所附 權利要求的保護范圍。本發(fā)明的間歇工作模式下的最大功率點跟蹤的原理簡述如下根據(jù)圖2，當系統(tǒng)處于間歇工作模式中的儲能周期時，采樣儲能周期開始時刻T1的 光伏電池電壓U1，儲能周期中間時刻T2的光伏電池電壓U2以及儲能周期結(jié)束時刻T3的光伏 電池電壓U3，其中T2-T1 = T3-T2= ΔΤ，ΔΤ為儲能周期的一半。假設逆變器輸入端電容容 量為C。ap，在儲能周期逆變器停止向電網(wǎng)輸出功率，因此，T1至T2周期中光伏電池產(chǎn)生的能
量全部儲存在電容C。ap中，使電容C。ap電壓不斷上升，此能量為％ =\*Ccap*(u22-u2x)，同理，
在！^至！^周期中光伏電池產(chǎn)生的能量為巧=|乂_*( 32-"22)。由圖3光伏電池電壓-功率
曲線可知當光伏電池的工作電壓在最大功率點(Maximum Power Point,MPP)的左邊時，隨 著電壓的上升，輸出功率上升；當光伏電池的工作電壓在MPP的右邊時，隨著電壓的上升， 輸出功率下降，利用這一特性，通過比較W1和W2能夠進行最大功率點跟蹤。圖4中根據(jù)工 作電壓所處位置分為三種狀態(tài)狀態(tài)I，UpU2和U3均在MPP的左邊，此時P1 < P2 < P3 ；狀態(tài) 11，111在10^的右邊，113在10^的左邊且112在10^附近，此時p2 > P1，且P2 > P1 ；狀態(tài)III， Ul、U2和U3均在MPP的右邊，此時P1 > p2 > P3。由圖4中容易看出，在狀態(tài)I時，W1 < W2 ；在狀態(tài)III時，W1 > W2 ；在狀態(tài)II時，W1 W2。根據(jù)上述特性可知，通過采樣電壓Ul、U2和 U3并計算得到W1和W2，將W2和W1的差值AW作為PI調(diào)節(jié)器的輸入可以得到MPPT的參考 電壓uMf，從而實現(xiàn)間歇工作模式時最大功率點跟蹤。光伏電池工作電壓由逆變器通過調(diào)節(jié) 并網(wǎng)功率實現(xiàn)，將當前光伏電池電壓upv.pre和參考電壓Uref的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后控制并 網(wǎng)逆變器的電流，從而使光伏電池工作電壓趨近最大功率點參考電壓。
權利要求
1.一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，其特征在于，其控制步驟如下(1)運行連續(xù)工作模式，進行最大功率點跟蹤控制；(2)采樣光伏電池電流ipv和電壓Upv，計算光伏電池功率Ppv= upv*ipv ；(3)比較Ppv和功率閾值Psrt的大小，如果Ppv> Pset,則執(zhí)行步驟⑴，否則執(zhí)行步驟⑷， 其中Psrt根據(jù)逆變器額定功率設定，一般取值為額定功率的30% ；(4)計算間歇工作模式下的并網(wǎng)周期N。n和儲能周期N。ff，運行間歇工作模式；(5)若當前為并網(wǎng)周期，則執(zhí)行間歇工作模式下的并網(wǎng)周期，否則執(zhí)行步驟(6)；(6)采樣、、t2、t3時刻逆變器輸入電容端電壓U1、U2和u3，分別計算儲能周期內(nèi)前半段 時間(ti; t2)和后半段時間(t2，t3)的輸入能量W1和W2 ；(7)根據(jù)W1和W2進行間歇工作模式時的最大功率點跟蹤計算，獲得最大功率點參考電壓 Uref ；(8)控制并網(wǎng)逆變器功率，使光伏電池電壓Upv等于最大功率點參考電壓Uref。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，其特征在 于，所述的步驟(1)中連續(xù)工作模式時的最大功率點跟蹤方法采用恒定電壓法、或擾動觀 測法、或?qū)Ъ{增量法、或滯環(huán)比較法、或間歇掃描法、或最優(yōu)梯度法、或模糊控制法、或神經(jīng) 網(wǎng)絡預測法。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，其特征在 于，所述的步驟中并網(wǎng)周期N。n和儲能周期N。ff為電網(wǎng)周期的整數(shù)倍，一般以電網(wǎng)過零 點為起始時刻，并且根據(jù)光伏電池功率Ppv計算得到當Ppv < Pset/2時，N。n = l,Noff = Pset/ Ppv-I，并取整數(shù)；當 Psrt > Ppv > Pset/2 時，Noff = LNon = Ppv/(Pset-Ppv)，并取整數(shù)。所述的 間歇工作模式為逆變器以設定功率連續(xù)并網(wǎng)工作N。n周期，此周期為并網(wǎng)周期，然后逆變器 停止N。ff周期，此周期為儲能周期。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，其特征在 于，所述的步驟(6)中的、、t2、t3分別為儲能周期開始時刻、儲能周期中間時刻和儲能周期結(jié)束時刻。所述的
5.根據(jù)權利要求1所述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，其特征在 于，所述的步驟(7)中最大功率點參考電壓uMf由W2和W1的差值經(jīng)PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，其特征在 于，所述的步驟(8)通過調(diào)節(jié)逆變器的并網(wǎng)電流，使光伏電池電壓Upv趨近最大功率點參考 電壓UMf 當Upv < Uref時，減小并網(wǎng)電流；當Upv > Uref時，增大并網(wǎng)電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光伏微型并網(wǎng)逆變器最大功率點跟蹤方法，當光伏電池輸出功率較高時采用傳統(tǒng)連續(xù)工作模式及最大功率點跟蹤方法；當光伏電池輸出功率較低時采用間歇工作模式，即以設定功率連續(xù)工作若干周期，然后停止一段時間給電容儲能，同時利用儲能周期的電壓變化率進行最大功率點跟蹤，使光伏電池工作在最大功率點電壓。本發(fā)明可以有效解決光照強度較低時傳統(tǒng)逆變器效率較低及并網(wǎng)電流諧波較大等問題。
文檔編號H02J3/38GK102136734SQ201010275928
公開日2011年7月27日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權日2010年9月8日
發(fā)明者吳春華, 楊宇, 黃建明 申請人:上海巖芯電子科技有限公司