用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的mppt控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法，所述兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器包括升壓電路、母線電容電路和逆變電路，采用雙控制環(huán)路與單控制環(huán)路切換實現(xiàn)逆變器對光伏電池板的最大功率點(diǎn)追蹤。本發(fā)明提供的用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法響應(yīng)速度快、功率損耗較小、最大功率點(diǎn)的判斷準(zhǔn)確度高、跟蹤步長可以兼顧動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能、提高光伏并網(wǎng)逆變器的使用壽命，因此，該MPPT控制方法具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高效率的效果。
【專利說明】用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法，具體涉及一種用于兩級拓?fù)?結(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，光伏逆變器的最大功率點(diǎn)跟蹤 （Maximum Power Point Tracking,MPPT ) 控制方法普遍采用擾動觀察法，其基本思路是：首先對光伏陣列的輸出電壓施加一個小擾 動，然后檢測光伏陣列輸出功率，若輸出功率增大，則保持原擾動方向，若輸出功率減小，則 改變原擾動方向，使光伏陣列最終工作最大功率點(diǎn)。擾動觀察法雖然具有控制概念清晰、簡 單、易實現(xiàn)、對檢測參數(shù)的精度要求不高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在以下不足：1)響應(yīng)速度較慢，僅 在外界條件變化較緩慢的情況下才表現(xiàn)出較好的MPPT效果；2)當(dāng)光伏陣列工作點(diǎn)達(dá)到 最大功率點(diǎn)附近時，其實際工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)附近往復(fù)振蕩，從而造成一定的功率損耗； 3) 當(dāng)特定情況下可能出現(xiàn)擾動方向與實際功率變化趨勢相反的情況，即存在誤判現(xiàn)象； 4) 跟蹤步長無法兼顧動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，步長越小，光伏陣列輸出功率的波動越小，但 跟蹤最大功率點(diǎn)的速度就越慢，反之，步長越大，跟蹤最大功率點(diǎn)的速度就越快，但光伏陣 列輸出功率的波動就越大；5)控制環(huán)路內(nèi)環(huán)調(diào)整時間是市電二分之一周期，造成光伏陣列 輸出電壓紋波增大，造成能量損失，電子器件壽命降低；6)由于光照突變，在光伏陣列輸出 電壓大于或小于母線電容電壓參考電壓時，由于存在升壓電路工作與不工作狀態(tài)切換，容 易引起控制系統(tǒng)的崩潰，嚴(yán)重的會引起功率器件損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法，該方法 使得最大功率點(diǎn)追蹤具有1?可罪性、1?穩(wěn)定性、1?效性。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：一種用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并 網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法，所述兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器包括升壓電路、母線電容 電路和逆變電路，采用雙控制環(huán)路與單控制環(huán)路切換實現(xiàn)逆變器對光伏電池板的最大功率 點(diǎn)追蹤，包括以下步驟： a. 計算并網(wǎng)逆變器的輸入電壓、輸入電流的滑動平均值； b. 通過計算輸入功率給出輸入電壓的參考值； c. 根據(jù)市電電壓計算出電容母線電壓的參考值； dl.當(dāng)輸入電壓小于電容母線電壓的參考值時，將輸入電壓的參考值與實際輸入電壓 值經(jīng)過第一控制器給出升壓電路的占空比，根據(jù)升壓電路的占空比對電容母線電壓做限幅 處理；將母線電容電壓參考值與實際母線電容電壓值經(jīng)過第二控制器給出逆變輸出電流的 給定值，逆變輸出電流的給定值與實際輸出電流比較后經(jīng)過逆變電流控制器給出逆變控制 的脈沖寬度調(diào)制； d2.當(dāng)輸入電壓大于電容母線電壓的參考值時，使升壓電路占空比為零，將輸入電壓的 參考值與實際輸入電壓值經(jīng)過第三控制器給出逆變輸出電流的給定值，逆變輸出電流的給 定值與實際輸出電流比較后經(jīng)過逆變電流控制器給出逆變控制的脈沖寬度調(diào)制； d3.在輸入電壓降低到小于母線電容電壓的參考值的低閾值，或降低到大于其高閾值 時，升壓電路在工作與不工作狀態(tài)之間切換，在切換過程中實際母線電容電壓相對于母線 電容電壓的參考值做回差判斷處理； e. 采用變步長快速追蹤方法，使光伏電池板的輸出電壓快速穩(wěn)定收斂于最大功率點(diǎn)； f. 在光伏電池板輸出電壓穩(wěn)定于最大功率點(diǎn)后，實行快速大范圍擾動掃描，找到真正 的最大功率點(diǎn)，避免并網(wǎng)逆變器工作于次最大功率點(diǎn)。
[0005] 進(jìn)一步地，步驟a、b具體為： a. 按照設(shè)定的市電周期計算并網(wǎng)逆變器的輸入電壓、輸入電流的滑動平均值； b. 按照設(shè)定的市電周期計算當(dāng)前輸入的功率以及上一個市電周期的輸入功率，根據(jù)當(dāng) 前和上一個市電周期的功率變化調(diào)整輸入電壓的擾動方向，改變輸入電壓的參考值。
[0006] 更進(jìn)一步地，在步驟e中的變步長快速追蹤方法為：第一步直接以設(shè)定百分比的 開路電壓作為給定值，以后擾動步伐以設(shè)定百分比的給定最大步長的速度衰減。
[0007] 更進(jìn)一步地，在步驟f中，快速大范圍擾動掃描具體為：按設(shè)定周期對光伏電池板 的輸出電壓做最大功率點(diǎn)電壓前后設(shè)定電壓范圍內(nèi)的快速擾動掃描。
[0008] 本發(fā)明的有益效果在于： 本發(fā)明提供的一種用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法響應(yīng)速度 快、功率損耗較小、最大功率點(diǎn)的判斷準(zhǔn)確度高、跟蹤步長可以兼顧動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能、 提高光伏并網(wǎng)逆變器的使用壽命，因此，該MPPT控制方法具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高效率 的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明中的并網(wǎng)逆變器的拓?fù)鋱D； 圖2是本發(fā)明中的第一種控制環(huán)路的示意圖； 圖3是本發(fā)明中的第二種控制環(huán)路的示意圖； 圖4是本發(fā)明中出現(xiàn)兩個大功率點(diǎn)峰值的示意圖； 圖5是本發(fā)明中的雙控制環(huán)路的不意圖。

【具體實施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖具體闡明本發(fā)明的實施方式，附圖僅供參考和說明使用，不構(gòu)成對 本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制。
[0011] 如圖1和圖5所示，本實施例提供一種用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的 MPPT控制方法，所述兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器包括升壓電路2、母線電容電路C和逆 變電路3,其中升壓電路可以是BOOST，也可以是其他升壓電路結(jié)構(gòu)，逆變器電路可以是全 橋電路、H6,也可以是其他電路拓?fù)洹?br> [0012] 采用雙控制環(huán)路與單控制環(huán)路切換實現(xiàn)逆變器對光伏電池板1的最大功率點(diǎn)追 蹤，調(diào)整電壓實現(xiàn)最大功率點(diǎn)的平穩(wěn)追蹤，包括以下步驟： a.計算并網(wǎng)逆變器的輸入電壓、輸入電流的滑動平均值；在本實施例中，按照設(shè)定的市 電周期計算，如，按照1/4市電周期計算并網(wǎng)逆變器的輸入電壓、電流的滑動平均值。
[0013] b.通過計算輸入功率給出輸入電壓的參考值，通過輸入功率比較，擾動輸出電壓 改變給定電壓值；在本實施例中，按照市電的25個周期計算當(dāng)前輸入的功率以及上一個市 電的25個周期的輸入功率，根據(jù)當(dāng)前和上一個25市電周期功率變化調(diào)整輸入電壓的擾動 方向，改變輸入電壓的參考值。
[0014] c.根據(jù)市電電壓Vgrid計算出電容母線電壓Vbusref的參考值： Vbusref= Vgrid*l. 4+40,最小限幅360V，最大限幅420V，確保逆變器轉(zhuǎn)換效率的最大。
[0015] dl.如圖2所示，當(dāng)輸入電壓Vpv小于電容母線電壓的參考值Vbusref時，通過 計算輸入功率給出輸入電壓的參考值Vpvref，將輸入電壓的參考值Vpvref與實際輸入 電壓值Vpv經(jīng)過第一控制器給出升壓電路的占空比Duty，所述占空比Duty計算過程為： Vpverr=Vpvref-Vpv, Vpverr*G0=Duty ； GO是第一控制器的傳遞函數(shù)，GO可以是PID控制器也可以是其他形式控制器，Duty是 升壓電路的占空比； 根據(jù)升壓電路的占空比Duty對電容母線電壓Vbusref做限幅處理；將母線電容電壓 參考值Vbusref與實際母線電容電壓值Vbus經(jīng)過第二控制器給出逆變輸出電流的給定值 Vbusref-Vbus=Vbuserr，計算輸出電流的參考值即逆變輸出電流的給定也就是電流內(nèi)環(huán)的 計算過程Vbuserr*Gl=Iref，逆變輸出電流的給定值Iref與實際輸出電流1〇比較后經(jīng)過逆 變電流控制器給出逆變控制的脈沖寬度調(diào)制PWM。
[0016] d2.如圖3所示，當(dāng)輸入電壓Vpv大于電容母線電壓的參考值Vbusref時，使 升壓電路占空比為零，通過計算輸入功率給出輸入電壓的參考值Vpvref，將輸入電壓 的參考值Vpvref與實際輸入電壓值Vpv經(jīng)過第三控制器給出逆變輸出電流的給定值， Vpverr=Vpvref-Vpv，計算逆變輸出電流的給定也就是電流內(nèi)環(huán)的計算過程，Vpverr*G2= Iref，逆變輸出電流的給定值Iref與實際輸出電流Ιο比較后經(jīng)過逆變電流控制器給出逆 變控制的脈沖寬度調(diào)制PWM。
[0017] d3.如圖3所示，在輸入電壓Vpv降低到小于母線電容電壓的參考值的低閾值，或 降低到大于其高閾值時，升壓電路在工作與不工作狀態(tài)之間切換，在切換過程中實際母線 電容電壓相對于母線電容電壓的參考值做回差判斷處理；如：當(dāng)光伏電池板電壓輸出降低 到小于Vbusref -20V時，啟動升壓電路；當(dāng)光伏電池板電壓輸出降低到大于Vbusref -5V 時，關(guān)閉升壓電路。
[0018] 此時，母線電容電壓的參考值的低閾值為Vbusref -20V，母線電容電壓的參考值 的高閾值為Vbusref -5V。
[0019] e.采用變步長快速追蹤方法，使光伏電池板的輸出電壓快速穩(wěn)定收斂于最大功率 點(diǎn)。第一步直接以設(shè)定百分比的開路電壓作為給定值，以后擾動步伐以設(shè)定百分比的給定 最大步長的速度衰減。在本實施例中，第一步直接以開路電壓的90%做為給定值，以后擾動 步伐以給定最大步長的1/10速度衰減，使光伏電池板的工作電壓快速收斂于最大功率點(diǎn)。
[0020] f.在光伏電池板輸出電壓穩(wěn)定于最大功率點(diǎn)后，實行快速大范圍擾動掃描，找到 真正的最大功率點(diǎn)，避免并網(wǎng)逆變器工作于次最大功率點(diǎn)。具體地，按設(shè)定周期對光伏電池 板的輸出電壓做最大功率點(diǎn)電壓前后設(shè)定電壓范圍內(nèi)的快速擾動掃描。本實施例中，在光 伏電池板輸出電壓穩(wěn)定于最大功率點(diǎn)后，每30分鐘對光伏電池板的電壓做最大功率點(diǎn)電 壓前后各30V電壓的快速擾動掃描，找到真正的最大功率點(diǎn)，防止光伏電池板由于陰影遮 擋或存在不良因素出現(xiàn)次最大功率點(diǎn)，即電池板存在兩個大功率點(diǎn)的峰值，如圖4所示，避 免使并網(wǎng)逆變器工作在次最大功率點(diǎn)而非真正的最大功率點(diǎn)。
[0021] 如圖5所示，在本實施例中，所述用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控 制方法采用雙環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為逆變的電流環(huán)，外環(huán)為光伏電池板的電壓環(huán)。本發(fā)明通過采樣 的不同時序計算功率改變控制環(huán)的運(yùn)行時間減小MPPT控制的紋波，減小MPPT擾動由于市 電紋波帶來的波動損耗。
[0022] 以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范 圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法，所述兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 光伏并網(wǎng)逆變器包括升壓電路、母線電容電路和逆變電路，其特征在于：采用雙控制環(huán)路與 單控制環(huán)路切換實現(xiàn)逆變器對光伏電池板的最大功率點(diǎn)追蹤，包括以下步驟： 計算并網(wǎng)逆變器的輸入電壓、輸入電流的滑動平均值； 通過計算輸入功率給出輸入電壓的參考值； 根據(jù)市電電壓計算出電容母線電壓的參考值； dl.當(dāng)輸入電壓小于電容母線電壓的參考值時，將輸入電壓的參考值與實際輸入電壓 值經(jīng)過第一控制器給出升壓電路的占空比，根據(jù)升壓電路的占空比對電容母線電壓做限幅 處理；將母線電容電壓參考值與實際母線電容電壓值經(jīng)過第二控制器給出逆變輸出電流的 給定值，逆變輸出電流的給定值與實際輸出電流比較后經(jīng)過逆變電流控制器給出逆變控制 的脈沖寬度調(diào)制； d2.當(dāng)輸入電壓大于電容母線電壓的參考值時，使升壓電路占空比為零，將輸入電壓的 參考值與實際輸入電壓值經(jīng)過第三控制器給出逆變輸出電流的給定值，逆變輸出電流的給 定值與實際輸出電流比較后經(jīng)過逆變電流控制器給出逆變控制的脈沖寬度調(diào)制； d3.在輸入電壓降低到小于母線電容電壓的參考值的低閾值，或降低到大于其高閾值 時，升壓電路在工作與不工作狀態(tài)之間切換，在切換過程中實際母線電容電壓相對于母線 電容電壓的參考值做回差判斷處理；采用變步長快速追蹤方法，使光伏電池板的輸出電壓 快速穩(wěn)定收斂于最大功率點(diǎn)；在光伏電池板輸出電壓穩(wěn)定于最大功率點(diǎn)后，實行快速大范 圍擾動掃描，找到真正的最大功率點(diǎn)，避免并網(wǎng)逆變器工作于次最大功率點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT 控制方法，其特征在于：步驟a、b具體為： 按照設(shè)定的市電周期計算并網(wǎng)逆變器的輸入電壓、輸入電流的滑動平均值； 按照設(shè)定的市電周期計算當(dāng)前輸入的功率以及上一個市電周期的輸入功率，根據(jù)當(dāng)前 和上一個市電周期的功率變化調(diào)整輸入電壓的擾動方向，改變輸入電壓的參考值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法，其特 征在于：在步驟e中的變步長快速追蹤方法為：第一步直接以設(shè)定百分比的開路電壓作為 給定值，以后擾動步伐以設(shè)定百分比的給定最大步長的速度衰減。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT控制方法，其特 征在于：在步驟f中，快速大范圍擾動掃描具體為：按設(shè)定周期對光伏電池板的輸出電壓做 最大功率點(diǎn)電壓前后設(shè)定電壓范圍內(nèi)的快速擾動掃描。
【文檔編號】H02J3/38GK104104112SQ201410388293
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】于萬民, 勞長石, 章贛陽 申請人:深圳市創(chuàng)皓科技有限公司