一種無電流傳感器的最大功率點跟蹤方法
2023-08-04 08:15:21 1
專利名稱：一種無電流傳感器的最大功率點跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及一種最大功率點跟蹤方法，尤其涉及一種無電流傳感器的最大功率點 跟蹤方法，屬新能源技術領域，特別是光伏發電領域。
背景技術：
光伏陣列是太陽能光伏發電系統的核心和關鍵部件。根據太陽能電池的I-V特性 可知，在不同的太陽光強和電池溫度時太陽能電池都存在最大功率點，因此為了充分利用 太陽能電池的輸出能量，最大限度發揮太陽能電池的效用，必須使光伏陣列時刻工作在最 大功率點，即需要採用最大功率點跟蹤技術。目前常用的幾種MPPT方法主要有恆定電壓法、擾動觀察法(P&0， Perturbationand Observation)亦稱爬山法(Hill Climbing)等。恆定電壓跟蹤法利用 光伏陣列輸出最大功率時其工作電壓Vpv與開路電壓V。。存在近似的比例關係這一特點來 進行控制，它實際上是把MPPT控制簡化為穩壓控制，把最大功率點跟蹤器簡化為一個穩壓 器，近似地實現MPPT。恆定電壓跟蹤法具有控制簡單，可靠性高和快速性好等優點，但其缺 點是無自動跟蹤功能，控制精度差，並不是真正意義上的MPPT。擾動觀察法是每隔一定的時 間改變光伏陣列的工作電壓或電流，實時觀察比較改變前後兩點的輸出功率值以改變調節 電壓的方向，最終穩定在最大功率點附近。目前的各種見諸文獻的擾動觀察法，都需要同時 檢測光伏陣列的電壓和電流，根據光伏陣列功率的變化方向，決定電壓或電流擾動的增減 來達到跟蹤的目的。然而，這些方法都忽略了一個重要的信息，即在以MPPT周期為時間單 位的動態過渡過程中，電容上電壓的紋波即包含了光伏陣列輸出功率的信息。通過計算連 續兩個MPPT周期後電容電壓的變化值，可以獲得光伏陣列輸出功率的變化方向，進而實現 最大功率點跟蹤。
發明內容
本發明針對背景技術中最大功率點跟蹤技術中存在的缺陷而提出的一種低成本， 高可靠性、適用於新能源發電場合的無電流傳感器最大功率點跟蹤方法。本發明的無電流傳感器最大功率點跟蹤方法，該方法根據動態過渡過程中光伏陣 列與變換器之間的電容上電壓的紋波包含了光伏陣列的輸出功率的信息，因此通過計算連 續兩個MPPT周期後電容電壓的變化值，可以獲得光伏陣列輸出功率的變化方向，進而實現 對光伏陣列的最大功率點跟蹤。與通常的MPPT方法相比，該方法不需要電流傳感器即可判 斷光伏陣列輸出功率的變化方向，準確地實現了最大功率點跟蹤，降低了系統的成本，提高 了系統的可靠性，具有一定的實用價值。在新能源發電特別是太陽能發電中有著廣泛的應 用前景。為達到上述目的，本發明採用了一種無電流傳感器的最大功率點跟蹤方法，其技 術方案的特徵在於控制步驟如下步驟1 用微處理器作為光伏系統最大功率跟蹤控制器，檢測、時刻光伏陣列與變換器之間的電容的電壓U。。步驟2 在、時刻施加擾動，並一直維持至、+2Τ時刻。T為MPPT的周期。該微處 理器檢測tQ+T，t0+2T時刻電容電壓值U1, U2 ；步驟3 根據步驟2的檢測結果計算U/+U(i2-2Ui2，計算U2-U1 ；設 Sign(Ap) = sign(U2^U02IU12)sign (Au) =Sign(U2-U1)得到兩個三值函數，即+1、_1、0。步驟4 根據步驟3中計算的Sign(Ap)和sign (Au)的值，判斷如何實施下一步 擾動。sign(Ap) = 1，sign(Au) = 1，左坡上行，最小負擾動；sign(Ap) = 0，sign (Au) = 1，左至右坡，不動作；sign(Ap) = -1，sign (Au) = 1，右坡下行，不動作；sign(Ap) = 1，sign(Au) = 0，法向上升，最小正擾動；sign(Ap) = 0，sign(Au) = 0，頂點，最小負擾動；sign(Ap) = -1，sign(Au) = 0，法向下降，最小正擾動；sign(Ap) = 1，sign(Au) = _1，右坡上行，最小正擾動；sign(Ap) = 0，sign(Au) = _1，右至左坡，最小負擾動；sign(Ap) = 1，sign(Au) = _1，左坡下行，最大負擾動；
圖1是本發明所述的無電流傳感器最大功率點跟蹤方法流程2是本發明所述無電流傳感器最大功率點跟蹤方法的系統控制結構圖。圖3是本發明在單級式併網工作情況下的實施例控制結構示意圖。圖1-圖3中的標號說明=UtTtci時刻的電容電壓值；…-『+丁時刻的電容電壓值； u2-t0+2T時刻的電容電壓值；Sign(Ap)-光伏陣列功率的變化方向；Sign(Au)-電容電壓 的變化方向；PV array-光伏陣列；Cpv-電容；u。_電容電壓；mppt-最大功率點跟蹤；PWM-脈 寬調製。
具體實施例方式本發明所述的無電流傳感器最大功率點跟蹤方法流程圖如圖1所述，檢測IV U1, U2分別對應VtJLtc^T時刻的電容電壓值。令sign(Ap) = U22V-ZuAsign(Au)= U2-U1，根據Sign(Ap)和Sign(Au)的值判斷施加擾動的方向。圖2所示是本發明的無電流傳感器最大功率點跟蹤方法的系統控制結構圖。其理 論依據是，動態過渡過程中太陽能電池與變換器之間的電容Cpv上電壓U。的紋波，包含了光 伏陣列的輸出功率的信息。通過計算連續兩個MPPT周期後電容電壓的變化值，可以獲得 光伏陣列輸出功率的變化方向，進而實現光伏陣列輸出功率的最大功率點跟蹤。與通常的 MPPT方法相比，該方法不需要電流傳感器即可判斷太陽能電池輸出功率的變化方向，準確 地實現了最大功率點跟蹤，降低了系統的成本，提高了系統的可靠性。在具體實施過程中，根據變換器和負載的不同而具有多種實施方式。如圖3所示是變換器採用單級式逆變器，負載採用交流電網的實施例控制結構示意圖。 下面以圖3所示的控制結構示意圖說明技術方案的實現。選取、時刻為開始時亥|J，T為電網周期的一半，這是因為電網功率 η2視= |(1-C0S2砍變化的周期為電網電壓周期的一半。取、=t0+T,t2 = t0+2To在此時刻施加擾動，並且將此擾動一直維持至 t2時刻。設(、，、)，(ti; t2)周期內光伏陣列的輸出平均功率為Pl，P2並保持恆定；、，ti; t2時刻電容的電壓分別為Utl，U1, U2，依據下列能量平衡關係+l p0dt +^Ou2l+T-^Cu2l =Tpl( 1 )
分別對(t(l，tj，(ti; t2)兩個周期實施上述運算，得至I
^^0^ + ^-^^0= (2) ^^ + ^2-^^2,= (3)由於P0以T為周期，故[+2 p0dt (2),⑶相減得到c(P2-Pi) =—(U22 +^o2 - W)(4)(4)式表明，光伏陣列功率變化的方向，可以由電容電壓反映。因此可以看出，本發 明中變換器的控制量與電容電壓有關，通過檢測電容電壓對變換器進行控制，即可實現最 大功率點跟蹤。具體步驟如下步驟1 用微處理器作為光伏系統最大功率跟蹤控制器，檢測、時刻光伏陣列與 變換器之間的電容的電壓U。。步驟2 在、時刻施加擾動，並一直維持至、+2Τ時刻。T為MPPT的周期。該微處 理器檢測tQ+T，t0+2T時刻電容電壓值U1, U2 ；步驟3 根據步驟2的檢測結果計算U/+U(i2-2Ui2，計算U2-U1 ； 設 sign(Ap) = sign^2+^2^!2) sign (Δ u) = Sign(U2-U1) 得到兩個三值函數，即+1、_1、0。步驟4:根據步驟3中計算的Sign(Ap)和Sign(Au)的值，判斷如何實施下一步
擾動。
sign(Ap) = 1，sign(Au) = 1，左坡上行，最小負擾動； sign(Ap) = 0，sign(Au) = 1，左至右坡，不動作； sign(Ap) = -1，sign(Au) = 1，右坡下行，不動作； sign(Ap) = 1，sign(Au) = 0，法向上升，最小正擾動； sign(Ap) = 0，sign(Au) = 0，頂點，最小負擾動； sign(Ap) = -1, sign(Au) = 0，法向下降，最小正擾動 sign(Ap) = 1, sign(Au) = _1，右坡上行，最小正擾動 sign(Ap) = 0, sign(Au) = _1，右至左坡，最小負擾動 sign(Ap) = 1, sign(Au) = _1，左坡下行，最大負擾動,
權利要求
1.一種無電流傳感器的最大功率點跟蹤方法，其特徵在於，只檢測光伏陣列與變換器 之間的電容電壓，通過連續兩個MPPT周期電容電壓的變化值，即可反映光伏陣列輸出功率 的變化方向，實現最大功率點跟蹤。
2.如權利要求1所述的無電流傳感器的最大功率點跟蹤方法，其特徵在於控制步驟如下步驟1 用微處理器作為光伏系統最大功率跟蹤控制器，檢測、時刻光伏陣列與變換 器之間的電容的電壓uQ。步驟2 在t0時刻施加擾動，並一直維持至、+2Τ時亥lj。T為MPPT的周期。該微處理器 檢測t0+T, t0+2T時刻電容電壓值U1, U2 ；步驟3 根據步驟2的檢測結果計算U/+U(i2-2Ui2，計算U2-U1 ； 設 sign(Ap) = sign ( 2+ 2^/) sign (Δ u) =Sign(U2-U1) 得到兩個三值函數，即+1、_1、0。步驟4 根據步驟3中計算的sign ( △ ρ)和sign ( Δ u)的值，判斷如何實施下一步擾動。sign(Ap) = 1，sign(Au) = 1，左坡上行，最小負擾動；sign(Ap) = 0，sign(Au) = 1，左至右坡，不動作；sign(Ap) = -1，sign(Au) = 1，右坡下行，不動作；sign(Ap) = 1，sign(Au) = 0，法向上升，最小正擾動；sign(Ap) = 0，sign(Au) = 0，頂點，最小負擾動；sign(Ap) = -1，sign(Au) = 0，法向下降，最小正擾動；sign(Ap) = 1，sign(Au) = _1，右坡上行，最小正擾動；sign(Ap) = 0，sign(Au) = _1，右至左坡，最小負擾動；sign(Ap) = 1，sign(Au) = _1，左坡下行，最大負擾動；
3.如權利要求1所述的連續兩個MPPT周期，應當滿足下列條件，即擾動在第一個周期 開始時實施，並維持到第二個周期結束。
4.如權利要求1所述的電容電壓，是一個MPPT周期的平均值。可以與變換器輸出功率 的變化周期同步，也可以不同步。
5.如權利要求1所述的光伏陣列輸出功率的變化，也是一個MPPT周期的平均值。
6.如權利要求1所述的變換器可以是單級式變換器，也可以是多級式變換器。
7.如權利要求1所述的一個MPPT周期，當負載上的電壓是交流量時，MPPT周期可以是 交流電壓周期的一半。當負載上的電壓時直流量時，MPPT周期可以是直流電壓紋波周期的 一半或整數倍。
8.如權利要求7所述的負載，可以是有源負載，如電網和蓄電池；也可以是無源負載， 如電阻等。
全文摘要
本發明公開了一種無電流傳感器的最大功率點跟蹤(Maximum Power PointTracking，MPPT)方法，屬新能源技術領域。該方法根據動態過渡過程中光伏陣列與變換器之間的電容上電壓的紋波包含了光伏陣列的輸出功率的信息，因此通過計算連續兩個MPPT周期後電容電壓的變化值，可以獲得光伏陣列輸出功率的變化方向，進而實現對光伏陣列的最大功率點跟蹤。與通常的MPPT方法相比，該方法不需要電流傳感器即可判斷光伏陣列輸出功率的變化方向，準確地實現了最大功率點跟蹤，降低了系統的成本，提高了系統的可靠性，具有一定的實用價值。在新能源發電特別是太陽能發電有著廣泛的應用前景。
文檔編號G05F1/67GK102043419SQ20091020452
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月9日 優先權日2009年10月9日
發明者古俊銀 申請人:盈威力新能源科技(上海)有限公司