一種微型逆變器的最大功率跟蹤算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏逆變器的，具體的涉及一種并網(wǎng)微型光伏逆變器的最大功率跟蹤 算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件、直流轉(zhuǎn)交流的光伏逆變器以及其控制器組 成。光伏電池組將將吸收到的太陽能轉(zhuǎn)化為可利用的電能，通過光伏逆變器，將光伏電池輸 出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓幅值、相位、頻率均相等的交流電。控制器負責實現(xiàn)對光伏電 池的最大功率跟蹤控制以及變換器的控制。作為光伏電池和網(wǎng)側(cè)間進行能量變換的光伏逆 變器，在發(fā)電系統(tǒng)有著舉足輕重的地位，其安全性、可靠性、轉(zhuǎn)換效率、制造成本等因素對整 個系統(tǒng)的可靠性及變換效率影響很大，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心單元。
[0003] 目前逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，其工作壽命通常為5到10年，而 太陽能電池板通常能正常使用25年。當逆變器出現(xiàn)故障，在維護或更換器件，無疑將浪費 掉這段時間內(nèi)太陽電池板所產(chǎn)生的能量。通過為每個太陽能電池板安裝一個微型逆變器， 來減小面板損壞和逆變器故障對系統(tǒng)的影響。從短時間內(nèi)來看，這種方案會增加成本。然 而，如果將時間考慮到25年，甚至更長，高可靠性的微型逆變器與集中式逆變器相比，將會 擁有更低的發(fā)電成本。另外，隨著微型逆變器的大規(guī)模生產(chǎn)以及制造技術(shù)的進步，其成本會 越來越低。反激式（Flyback)逆變器電路因其拓撲電路簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器兩側(cè)電氣隔 離等，適合作為小功率的光伏并網(wǎng)逆變器。然而，微型逆變器面臨著挑戰(zhàn)：
[0004] 1.功率密度問題：微型逆變器要求具有高的功率密度，還要求整體電路體積小。
[0005] 2.高轉(zhuǎn)換效率：由于目前光伏電池能量轉(zhuǎn)化效率不高，因此光伏并網(wǎng)設(shè)備的效率 每提尚1 %
[0006] 都能夠帶來巨大的經(jīng)濟價值。
[0007] 3.高可靠性：光伏電池的壽命達20年以上，微型逆變器壽命設(shè)計指標須與光伏電 池相當才能體現(xiàn)出微逆的優(yōu)勢，單塊光伏電池輸出電壓通常為23V~45V，輸出功率范圍在 幾十瓦到幾百瓦之間。由，可知當Pin、Vdc、ω為一定時，Cin與AV成反比。當光伏電池 輸出功率為100W時前側(cè)電容的容值與二次擾動電壓的關(guān)系，可以看出由于光伏電池輸出 電壓較低，若要抑制二次擾動在合理范圍內(nèi)，通常必須在光伏輸出側(cè)安置一個大容值的電 解電容。大容值的電解電容可以使得擾動電壓變小但二次擾動依然存在，并未從根本上將 其消除。大容值電解電容壽命較短，已被證實是影響微型逆變器壽命的主要因素。因此，應(yīng) 采取方案取代電路中的電解電容。
[0008] 4.有競爭力的成本：為每塊光伏面板均配置微型逆變器，這就要求微型逆變器成 本較低，電路中應(yīng)包含較少的器件，其控制器在能處理所有的控制、通信和計算任務(wù)同時， 亦必須具有較低的價格。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的旨在至少解決一個上述面臨的問題，提出一種具有低成本，高轉(zhuǎn)換 效率的微型逆變器。提出一種單變量最大功率跟蹤算法。以提高系統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)換效率，提 高微型逆變器的可靠性。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0011] -種微型逆變器的最大功率跟蹤算法；其特征在于：包含如下步驟：
[0012] 步驟1 :檢測直流側(cè)電壓的電壓值；
[0013] 步驟2 :通過所述電壓值通過運算得到電流值。
[0014] 優(yōu)選的，上述電流值通過下式公式得到
[0016] 其中，ipv為光伏電池的輸出電流，ic為電容電流，ilm過激磁電感的激磁電流，Cin 為儲存在電容中的電量，Lm為激磁電感，vc(k)及vc(k-l)分別為第k和k-1個開關(guān)周期的 電容端電壓值，N為半個電網(wǎng)周期內(nèi)原邊開關(guān)管S1的開關(guān)動作次數(shù)，ton為開關(guān)周期。
[0017] 進一步的，上述最大功率跟蹤算法；其特征在于：
[0018] 當計數(shù)值k小于N時，由電流計算模塊分別計算半個電網(wǎng)周期內(nèi)的光伏電池的輸 出電流和電壓，MPPT環(huán)節(jié)計算的占空比值保持不變，
[0019] 當k = N時，MPPT模塊實時更新存儲的Ipv和Vpv的取值，并通過算法決定占空 比的改變；且k被復(fù)位至1。
[0020] 優(yōu)選的，上述算法中，當開關(guān)頻率為20kHz時，N = 200。
[0021] 有益效果：
[0022] 本發(fā)明技術(shù)方案公開的一種在傳統(tǒng)反激式逆變器的最大功率跟蹤算法的基礎(chǔ)上 提出的改進的算法。該算法僅需檢測直流側(cè)電壓，電流可通過對電壓進行相關(guān)運算得到，改 進后的算法無需電流傳感器，降低了系統(tǒng)的成本。因省略電流傳感器，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定 性。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明實施例反激逆變器原邊電路分析示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明實施例反激式微型逆變器的算法流程圖；
[0025] 圖3為圖2的最大功率跟蹤算法仿真波形；
[0026] 圖4為本發(fā)明實施例的光伏電池輸出仿真波形。
【具體實施方式】
[0027] 以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明 本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做 進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0028] 算法說明
[0029] 為了提高對光伏電池的利用率，通常需要引入最大功率跟蹤算法跟蹤光伏電池的 最大功率點。微型逆變器系統(tǒng)的前期投資較大，傳統(tǒng)的最大功率跟蹤算法均需采樣電壓和 電流。
[0030] 反激式逆變器的原邊等效電路如圖1(a)所示，光伏電池的輸出電流ipv可以由電 容電流i。以及流過激磁電感的激磁電流i 1ηι相加求得：
[0031] ipv=ic+iln
[0032] 對上述兩邊分別求一個開關(guān)周期的積分可得：
[0034] 設(shè)Ipv_avg (k)為第K開關(guān)周期的光伏電池輸出電流平均值，Qpv表示第K個開關(guān) 周期光伏電池輸出的電量，則有：
[0036] 同理，可分別求得電容電流的平均值ic_avg(k)和激磁電感電流平均值ilm_ avg(k)，Qc(k)為表示第k個開關(guān)周期通儲存在電容Cin中的電量，Qlm(k)為表示第k個