一種最大功率點跟蹤方法及裝置製造方法
2023-04-24 14:58:31
一種最大功率點跟蹤方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種最大功率點跟蹤方法，包括：維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變，所述功率變換器中包括直流母線；根據預設電壓採樣周期採樣所述直流母線的電壓值，所述第一預設時長包括至少兩個連續的所述預設電壓採樣周期；比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率。相應地，本發明實施例還公開了一種最大功率點跟蹤裝置。採用本發明實施例，可以去除電流傳感器造成的功率誤差，提高了MPPT精度，從而提高了光伏發電系統的整體效率。
【專利說明】一種最大功率點跟蹤方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及光伏電池【技術領域】，尤其涉及一種最大功率點跟蹤方法及裝置。
【背景技術】
[0002]光伏電池的輸出特性呈非線性(如圖1所示的光伏電池的特性曲線)，其輸出受光照強度、環境溫度以及負載情況影響。在一定的光照強度和環境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓狀態，但只有在某一輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才能達到最大值，這時，光伏電池的功率點就達到了最大功率點(MaximumPower Point, MPP)。光伏電池是光伏發電系統中最基本的電能產生單元，因此要提高光伏發電系統的整體效率，一個重要的途徑就是實時調整光伏電池的功率點，使之始終工作在MPP附近，這一過程就稱之為最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)，其中，擾動觀察法(Perturb andObserve methods)與電導增量法(incremental conductance methods)為較常使用的MPPT。
[0003]擾動觀察法是利用光伏陣列P-V特性曲線的單峰值特性，擾動光伏陣列的輸出電壓或電流，採樣當前時刻的輸出電壓與電流，並根據該輸出電流與電壓確定當前時刻的輸出功率，將當前時刻的輸出功率與上一時刻的輸出功率進行比較，根據比較結果控制擾動電壓或電流方向，使其工作在MPP附近；電導增量法也是利用光伏陣列P-V特性曲線的單
峰值特性，令(^/沢=0，及^ =「4 + /=0，因此將| = -|作為判斷最大功率點的條
a V dVdV V
件，從而實現最大功率點跟蹤。因為單體光伏電池的輸出功率小，因此，需要多個光伏電池串並聯形成光伏陣列，從而使光伏發電系統有較高的輸出功率。
[0004]擾動觀察法與電導增量法都需要對輸出電壓與輸出電流進行採樣，根據採樣得到的輸出電壓與輸出電流確定輸出功率，假設採樣得到的輸出電壓為U+ Δ U，輸出電流為I+Λ I，其中Λ U為電壓採樣誤差值，Λ I為電流採樣誤差值，則根據採樣得到的輸出電流造成的功率誤差為:Λ I*U+ Λ U* Λ I，該功率誤差可能造成擾動方向錯誤，從而遠離最大功率點，特別是在電流傳感器精度較低的情況下，功率誤差越明顯。
【發明內容】
[0005]本發明實施例提供一種最大功率點跟蹤方法及裝置，可以去除電流傳感器造成的功率誤差，提高MPPT精度。
[0006]本發明實施例第一方面提供了一種最大功率點跟蹤方法，包括:
[0007]維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變，所述功率變換器中包括直流母線.[0008]根據預設電壓採樣周期採樣所述直流母線的電壓值，所述第一預設時長包括至少兩個連續的所述預設電壓採樣周期；
[0009]比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率。[0010]在第一種可能的實現方式中，所述比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率之後，還包括:
[0011]返回執行所述維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變的步驟，其中，所述功率變換器的輸出功率維持在所述控制後的輸出功率。
[0012]結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變之前，還包括:
[0013]關閉用於穩定所述直流母線電壓的電壓控制環路。
[0014]結合第一方面或第一方面的第一種或第二種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，所述比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率包括:
[0015]比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值；
[0016]若在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率；
[0017]否則，在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率。結合第一方面或第一方面的第一種或第二種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，所述比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率包括:
[0018]比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值；
[0019]當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長時，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率，其中，所述第二預設時長小於所述第一預設時長。
[0020]結合第一方面的第四種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，所述比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率還包括:
[0021]當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長時，則在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率，其中，所述第三預設時長小於所述第一預設時長。
[0022]結合第一方面的第二種可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，所述關閉用於穩定所述直流母線電壓的電壓控制環路之前，還包括:
[0023]以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，直至判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值，執行所述關閉用於穩定直流母線的電壓控制環路的步驟。
[0024]結合第一方面的第六種可能的實現方式，在第七種可能的實現方式中，所述以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，直至判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值包括:
[0025]以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，並獲取每次擾動前與擾動後所述功率變換器的輸出功率；
[0026]當擾動後所述功率變換器的輸出功率與擾動前所述功率變換器的輸出功率的差值在第二預設閾值內時，則判定當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值。
[0027]相應地，本發明實施例第二方面還提供了一種最大功率點跟蹤裝置，包括:
[0028]功率維持模塊，用於維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變，所述功率變換器中包括直流母線；
[0029]電壓採樣模塊，用於根據預設電壓採樣周期採樣所述直流母線的電壓值，所述第一預設時長包括至少兩個連續的所述預設電壓採樣周期；
[0030]比較模塊，用於比較所述電壓採樣模塊在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值；
[0031]控制模塊，用於根據所述比較模塊的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率。
[0032]在第一種可能的實現方式中，所述控制模塊還用於:
[0033]在執行所述根據所述比較模塊的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率之後，觸發所述功率維持模塊維持第一預設時長內所述功率變換器的輸出功率等於所述控制後的輸出功率。
[0034]結合第二方面或第二方面的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述裝置還包括:
[0035]電壓環控制模塊，用於關閉用於穩定所述直流母線電壓的電壓控制環路，並觸發所述功率維持模塊維持所述第一預設時長內所述功率變換器的輸出功率不變。
[0036]結合第二方面或第二方面的第一種或第二種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，所述控制模塊具體用於:
[0037]若在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率；
[0038]否則，在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率。結合第二方面或第二方面的第一種或第二種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，所述控制模塊具體用於:
[0039]當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長時，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率，其中，所述第二預設時長小於所述第一預設時長。
[0040]結合第二方面的第四種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，所述控制模塊還用於:
[0041]當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長，則在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率，其中，所述第三預設時長小於所述第一預設時長。
[0042]結合第二方面的第二種可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，所述裝置還包括:
[0043]擾動模塊，用於以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，直至判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值，觸發所述電壓環控制模塊關閉用於穩定所述直流母線電壓的電壓控制環路。
[0044]結合第二方面的第六種可能的實現方式，在第七種可能的實現方式中，所述擾動模塊具體用於:[0045]以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，並獲取每次擾動前與擾動後所述功率變換器的輸出功率；
[0046]當擾動後所述功率變換器的輸出功率與擾動前所述功率變換器的輸出功率的差值在第二預設閾值內時，則判定當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值。
[0047]本發明實施例在維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變的條件下，根據預設電壓採樣周期採樣直流母線的電壓值，通過比較在第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，控制功率變換器的輸出功率，實現了根據電壓值的變化，控制功率變換器的輸出功率，去除了電流傳感器造成的功率誤差，提高了 MPPT精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0048]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0049]圖1是光伏電池的特性曲線；
[0050]圖2是本發明實施例提供的一種最大功率點跟蹤方法的流程示意圖；
[0051 ] 圖3是光伏電池的P-V特性曲線；
[0052]圖4是本發明另一實施例提供的一種最大功率點跟蹤方法的流程示意圖；
[0053]圖5是本發明另一實施例提供的一種最大功率點跟蹤方法的流程示意圖；
[0054]圖6是本發明實施例提供的一種最大功率點跟蹤裝置的結構示意圖；
[0055]圖7是本發明另一實施例提供的一種最大功率點跟蹤裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0056]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0057]請參閱圖2，圖2是本發明實施例提供的一種最大功率點跟蹤方法的流程示意圖。本發明實施例提供的最大功率點跟蹤方法可以實現在光伏發電系統中。如圖2所示本實施例中的最大功率點跟蹤流程可以包括:
[0058]S210，維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變，所述功率變換器中包括直流母線。
[0059]功率變換器可以包括一級功率變換器或多級功率變換器，該一級功率變換器包括逆變器(DC/AC)，用於將光伏陣列產生的直流電直接轉換為交流電；該多級功率變換器包括直流斬波器(DC/DC)與逆變器，用於將光伏陣列產生的電壓值固定的直流電先轉換為電壓值可變的直流電，再將電壓值可變的直流電轉換為交流電。其中，逆變器用於將直流電轉換為交流電；直流斬波器用於將電壓值固定的直流電轉換為電壓值可變的直流電，直流母線為功率變換器中的一部分。
[0060]若功率變換器為一級功率變換器，則維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變具體為維持第一預設時長內逆變器AC側的功率不變；若功率變換器為多級功率變換器，則維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變具體為維持第一預設時長內與光伏陣列相連的直流斬波器的次級DC側的功率不變，其中，直流斬波器中，第一個DC為初級，第二個DC為次級。
[0061]其中，光伏發電系統在維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變之前，關閉用於穩定直流母線電壓的電壓控制環路。該電壓控制環路在處於工作狀態時，可以向該直流母線提供預設電壓，並維持該直流母線處於該預設電壓，從而使光伏陣列的輸出處於該預設電壓對應的功率點。當關閉用於穩定該直流母線電壓的電壓控制環路，並維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變時，結合圖3 (光伏電池的P-V特性曲線)對直流母線電壓在第一預設時長的變化進行分析，其中，a、b、c三條曲線表示光伏電池在不同光照條件下的P-V特性曲線。
[0062]在外界環境不變的條件下，若功率變換器的輸出功率維持在最大功率點的左側，如圖3中的功率點1，在關閉電壓控制環路的條件下，根據光伏電池的自身屬性，光伏電池的功率點會自動向右擾動，使得光伏電池的輸出功率，即功率變換器的輸入功率大於功率
變換器的輸出功率，此時，直流母線會吸收多餘的功率，根據公式￡ = Pt = -y- (C為直流
母線電容，U為直流母線電壓)可知，直流母線電壓會升高，從而控制光伏電池的功率點從功率點I 一直向右擾動，直到擾動到功率點2，即功率變換器的輸入功率等於輸出功率時，光伏電池的功率點就維持在功率點2，其中，從功率點I擾動到功率點2的時間段內，直流母線電壓持續上升，維持在功率點2的時間段內，直流母線電壓維持不變，若在功率點還沒有擾動到功率點2時就達到所述第一預設時長，則在第一預設時長內，直流母線電壓持續上升;
[0063]在外界條件不變的條件下，若功率變換器的輸出功率維持在最大功率點的右側，如圖3中的功率點2，在關閉電壓控制環路的條件下，因為功率變換器的輸入功率等於輸出功率，且直流母線的能量E不可能憑空消失，即直流母線電壓不可能減小，則光伏電池的功率點就維持在功率點2不變，在這段時間內，直流母線電壓維持不變；
[0064]在外界環境變化的條件下，若功率變換器的輸出功率維持在最大功率點的左側，如圖3中的功率點1，假設光照強度增強，使得光伏電池的P-V特性曲線從b變到C，結合以上的分析，光伏電池的功率點會一直向右擾動，直到擾動到功率點4，功率點就維持在功率點4，在第一預設時長內，直流母線電壓先持續增加再保持不變，若在功率點還沒有擾動到功率點4時就達到所述第一預設時長，則在第一預設時長內，直流母線電壓是持續上升；若功率變換器的輸出功率維持在功率點I，假設光照強度減弱，使得光伏電池的P-V特性曲線從b變到a，結合以上分析，光伏電池的功率點會先向左擾動，再向右擾動，直到擾動到功率點3，功率點就維持在功率點4，在第一預設時長內，直流母線電壓先持續減小再持續增加最終保持不變，若在功率點還沒有擾動到功率點3時就達到所述第一預設時長，則在第一預設時長內，直流母線電壓是持續減小再持續增加。
[0065]在外界環境變化的條件下，若功率變換器的輸出功率維持在最大功率點的右側，如圖3中的功率點2，假設光照強度增強，使得光伏電池的P-V特性曲線從b變到C，結合以上的分析，光伏電池的功率點會擾動到功率點4，且維持在功率點4不變，在第一預設時長內，直流母線電壓先持續增加再保持不變，若在功率點還沒有擾動到功率點4時就達到所述第一預設時長，則在第一預設時長內，直流母線電壓是持續增加；若功率變換器的輸出功率維持在功率點2，假設光照強度減弱，使得光伏電池的P-V特性曲線從b變到a，結合以上分析，光伏電池的功率點會擾動到功率點3，且維持在功率點3不變，在第一預設時長內，直流母線電壓先持續減小再保持不變，若在功率點還沒有擾動到功率點3時就達到所述第一預設時長，則在第一預設時長內，直流母線電壓是持續減小；
[0066]在外界條件變化，且功率變換器的輸出功率超過當前時刻光伏電池的最大輸出功率的條件下，如功率變換器的輸出功率維持在功率點9，光照強度減弱，使得光伏電池的P-V特性曲線從c變到b，光伏電池的最大輸出功率也不能滿足功率變換器的輸出功率，此時，則通過光伏電池與直流母線同時向負載提供電能，使功率變換器的輸出功率維持在功率點9，則直流母線的電壓在第一預設時長內持續下降。
[0067]進一步的，光伏發電系統在關閉用於穩定直流母線電壓的電壓控制環路之前，可以以預設定步長作為當前步長對直流母線電壓進行多次擾動，直至判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值，即判斷出當前功率點在最大功率點附近，再關閉用於穩定直流母線電壓的電壓控制環路，減小了當前功率點與最大功率點的距離，提高了MPPT的效率。可選的，光伏發電系統可以以預設定步長作為當前步長對直流母線電壓進行多次擾動，並獲取每次擾動前與擾動後功率變換器的輸出功率，當擾動後功率變換器的輸出功率與擾動前功率變換器的輸出功率的差值在第二預設閾值內時，則判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值，即判斷出當前功率點在最大功率點附近。例如，第二預設閾值為0.4w, t時刻(即擾動後)功率變換器的輸出功率為45.1w, t-Ι時刻(即擾動前)功率變換器的輸出功率為44.9w,光伏發電系統可以判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值。
[0068]其中，步長為每次對直流母線電壓進行擾動時，在當前直流母線電壓的基礎上增加或減小的電壓值，該步長等於預設定步長，即直流母線電壓每次增加或減小的電壓值為固定值。例如，預設定步長為IV，t時刻直流母線電壓為5v，若功率變換器在t時刻的輸出功率大於t-Ι時刻的輸出功率，光伏發電系統則在5v的基礎上加上Iv作為t+Ι時刻所述直流母線電壓，若功率變換器在t+Ι時刻的輸出功率大於t時刻的輸出功率，光伏發電系統則在6v的基礎上加上Iv作為t+2時刻所述直流母線電壓，以此類推。
[0069]S220，根據預設電壓採樣周期採樣所述直流母線的電壓值，所述第一預設時長包括至少兩個連續的所述預設電壓採樣周期。
[0070]具體的，在電壓控制環路關閉，並維持功率變換器的輸出功率不變的條件下，光伏發電系統可以根據預設電壓採樣周期採樣該直流母線的電壓值，每個預設電壓採樣周期採樣一個電壓值，且第一預設時長包括至少兩個連續的預設電壓採樣周期，從而在第一預設時長內可以獲取多個電壓值。
[0071]S230，比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率。
[0072]光伏發電系統比較在第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據該比較結果控制功率變換器的輸出功率，實現了根據電壓值的變化，控制功率變換器的輸出功率，去除了電流傳感器造成的功率誤差，提高了 MPPT精度。
[0073]當光伏發電系統在比較第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據比較結果控制功率變換器的輸出功率之後，返回執行維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變的步驟，此時，功率變換器的輸出功率維持在控制後的輸出功率，例如，光伏發電系統維持功率變換器的輸出功率在第一預設時長內為68.95w，根據比較結果控制功率變換器的輸出功率，且功率變換器控制之後的輸出功率為69w，光伏發電系統在返回執行維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變時，將功率變換器的輸出功率維持在 69w。
[0074]作為一種可選的實施方式，假設在第一預設時長內依次採集到的電壓值分別為U1、U2、U3與U4，光伏發電系統比較第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，若在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態，即U1>U2>U3>U4，說明直流母線在第一預設時長內一直在向負載提供電能，也就是說功率變換器的輸出功率大於當前時刻光伏陣列的最大輸出功率，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小功率變換器的輸出功率；
[0075]若在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸不是呈遞減狀態，如U1<U2<U3U2 = U3 = U4 或 U1>U2〈U3 = U4等等，說明光伏陣列在第一預設時長內的輸出功率最終會大於或等於功率變換器的輸出功率，則在當前維持的輸出功率的基礎上增加功率變換器的輸出功率。
[0076]作為另一種可選的實施方式，比較在第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值過程中，當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長時，光伏發電系統則可以在當前維持的輸出功率的基礎上減小功率變換器的輸出功率，其中，第二預設時長小於第一預設時長，假設，第一預設時長為lmin，也就是說，光伏發電系統維持功率變換器的輸出功率在Imin內不變，假設此時功率變換器的輸出功率為P1，且採樣周期為2s，第二預設時長為4s，若檢測到U1>U2>U3，光伏發電系統可以確定直流母線電壓沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長，此時，光伏發電系統則在當前維持的輸出功率的基礎上減小功率變換器的輸出功率，減少了電壓值比較時間，從而可以提高MPPT的效率。
[0077]進一步的，在比較在第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值過程中，當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長時，光伏發電系統則可以增加功率變換器的輸出功率，其中，第三預設時長小於第一預設時長，假設，第一預設時長為lmin，也就是說，光伏發電系統維持功率變換器的輸出功率在Imin內不變，假設此時功率變換器的輸出功率為P3，且採樣周期為2s，第三預設時長為4s，若檢測到U3 = U4 = U5，光伏發電系統可以確定在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長，此時，光伏發電系統則在當前維持的輸出功率的基礎上增加功率變換器的輸出功率，減小了電壓值比較時間，從而可以提聞MPPT的效率。
[0078]其中，光伏發電系統可以通過控制PWM(Pulse Width Modulation,脈衝寬度調製)的佔空比，從而控制功率變換器的輸出功率。具體的，光伏發電系統可以通過增加PWM的佔空比，從而增加功率變換器的輸出電壓與電流，從而增加功率變換器的輸出功率；光伏發電系統可以通過減小PWM的佔空比,從而減小功率變換器的輸出電壓與電流,從而減小功率變換器的輸出功率，假設，每次增加或減小的功率為Λ P，可以根據公式AP=TT^wtr
匕 P!,.>1
確定每次需要增加或減小的功率，調節PWM的佔空比，直到增加或減小的功率與Λ P的差值小於或等於第三預設閾值，其中，Pout為當前功率變換器的輸出功率，Upv為第一預設時長內採集到的任一直流母線電壓，Π為逆變器對應的轉換效率，U』為電壓傳感器能分辨的最小電壓，即電壓傳感器的精度，例如，電壓傳感器的精度為0.001V，則U』 =0.001 ;光伏發電系統還可以通過改變預設固定佔空比，從而增加或減小功率變換器的輸出功率。
[0079]本發明實施例在維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變的條件下，根據預設電壓採樣周期採樣直流母線的電壓值，通過比較在第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，控制功率變換器的輸出功率，實現了根據電壓值的變化，控制功率變換器的輸出功率，去除了電流傳感器造成的功率誤差，提高了 MPPT精度。
[0080]請參閱圖4，圖4是本發明另一實施例提供的一種最大功率點跟蹤方法的流程示意圖。本發明實施例提供的最大功率點跟蹤方法可以實現在光伏發電系統中。如圖4所示本實施例中的最大功率點跟蹤流程可以包括:
[0081]S410，維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變，所述功率變換器中包括直流母線。
[0082]具體的，光伏發電系統可以控制PWM的佔空比，以維持第一預設時長內所述功率變換器的輸出功率不變，若當前獲取的參考電壓值小於最近一次獲取的參考電壓值，則增加PWM的佔空比；若當前獲取的參考電壓值大於最近一次獲取的參考電壓值，則減小所述PWM的佔空比；若當前獲取的參考電壓值等於最近一次獲取的參考電壓值，則不改變所述PWM的佔空比，可選的，光伏發電系統可以將採集到的直流母線電壓作為參考電壓值。
[0083]其中，光伏發電系統在維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變之前，關閉用於穩定直流母線電壓的電壓控制環路。該電壓控制環路在處於工作狀態時，可以向該直流母線提供預設電壓，並維持該直流母線處於該預設電壓，從而使光伏陣列的輸出處於該預設電壓對應的功率點。
[0084]S420，根據預設電壓採樣周期採樣所述直流母線的電壓值，所述第一預設時長包括至少兩個連續的所述預設電壓採樣周期。
[0085]具體的，在電壓控制環路關閉，並維持功率變換器的輸出功率不變的條件下，光伏發電系統可以根據預設電壓採樣周期採樣該直流母線的電壓值，每個預設電壓採樣周期採樣一個電壓值，且第一預 設時長包括至少兩個連續的預設電壓採樣周期，從而在第一預設時長內可以獲取多個電壓值。
[0086]S430，比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，判斷在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸是否呈遞減狀態。
[0087]光伏發電系統比較在第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據該比較結果控制功率變換器的輸出功率，實現了根據電壓值的變化，控制功率變換器的輸出功率，去除了電流傳感器造成的功率誤差，提高了 MPPT精度。
[0088]光伏發電系統可以判斷在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸是否呈遞減狀態，若是，則執行步驟S440，否則執行步驟S450。
[0089]S440，若是，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率，並返回執行步驟S410。
[0090]具體的，假設在第一預設時長內依次採集到的電壓值分別為U1、U2、U3與U4，光伏發電系統比較第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，若在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態，即U1>U2>U3>U4，說明直流母線在第一預設時長內一直在向負載提供電能，也就是說功率變換器的輸出功率大於當前時刻光伏陣列的最大輸出功率，則減小功率變換器的輸出功率，並返回執行步驟S410。
[0091]其中，在比較第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集的電壓值的過程中，當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長時，光伏發電系統則在當前維持的輸出功率的基礎上減小功率變換器的輸出功率，並返回執行步驟S410，其中，第二預設時長小於第一預設時長。光伏發電系統可以根據
公式確定需要減小的功率，調節PWM的佔空比，直到減小的功率與Λ P的
U Ρν.η
差值小於或等於第三預設閾值；光伏發電系統還可以通過減小預設固定的佔空比，從而減小功率變換器的輸出功率。
[0092]假設，第一預設時長為lmin，也就是說，光伏發電系統維持功率變換器的輸出功率在Imin內不變，假設此時功率變換器的輸出功率為P1，且採樣周期為2s，第二預設時長為4s，若檢測到U1>U2>U3，光伏發電系統可以確定直流母線電壓沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長，此時，光伏發電系統則在當前維持的輸出功率的基礎上減小功率變換器的輸出功率，減少了電壓值比較時間，從而可以提高MPPT的效率。
[0093]S450，否則，在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率，並返回執行步驟S410。
[0094]具體的，假設在第一預設時長內依次採集到的電壓值仍然分別為U1、U2、U3與U4，光伏發電系統比較在第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，若在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸不是呈遞減狀態，如U1<U2<U3U2 = U3 = U4 或 U1>U2〈U3 = U4 等等，說明光伏陣列在第一預設時長內的輸出功率最終會大於或等於功率變換器的輸出功率，則增加功率變換器的輸出功率，並返回執行步驟S410。
[0095]其中，在比較第一預設時長內相鄰採樣周期採集到的電壓值過程中，當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長時，光伏發電系統則在當前維持的輸出功率的基礎上增加功率變換器的輸出功率，並返回執行步驟S410，其中，第三預設時長小於第一預設時長。光伏發電系統可以根據公式
P t ,
JJ °''n*U確定需要增加的功率，調節PWM的佔空比，直到增加的功率與Λ P的差值AP=uPy.」
小於或等於第三預設閾值；光伏發電系統還可以通過增加預設固定的佔空比，從而增加功率變換器的輸出功率。
[0096]假設，第一預設時長為lmin，也就是說，光伏發電系統維持功率變換器的輸出功率在Imin內不變，假設此時功率變換器的輸出功率為P3，且採樣周期為2s，第三預設時長為4s，若檢測到U3 = U4 = U5，光伏發電系統可以確定在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長，此時，光伏發電系統則在當前維持的輸出功率的基礎上增加功率變換器的輸出功率，減小了電壓值比較時間，從而可以提高MPPT的效率。
[0097]本發明實施例可以根據預設電壓採樣周期採樣直流母線的電壓值，若在各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態，說明功率變換器的輸出功率大於當前時刻光伏陣列的最大輸出功率，則減小功率變換器的輸出功率；在各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸不是呈遞減狀態，說明光伏陣列在第一預設時長內的輸出功率最終會大於或等於功率變換器的輸出功率，則增加功率變換器的輸出功率，實現了根據電壓值的變化，控制功率變換器的輸出功率，去除了電流傳感器造成的功率誤差，提高了 MPPT精度。
[0098]請參閱圖5，圖5是本發明另一實施例提供的一種最大功率點跟蹤方法的流程示意圖。本發明實施例提供的最大功率點跟蹤方法可以實現在光伏發電系統中。如圖5所示本實施例中的最大功率點跟蹤流程可以包括:
[0099]S501，以預設定步長作為當前步長對直流母線電壓進行多次擾動，直至判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值。
[0100]作為一種可選的實施方式，光伏發電系統可以以預設定步長作為當前步長對直流母線電壓進行多次擾動，並獲取每次擾動前與擾動後功率變換器的輸出功率，當擾動後功率變換器的輸出功率與擾動前功率變換器的輸出功率的差值在第二預設閾值內時，則判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值，即判斷出當前功率點在最大功率點附近。例如，第二預設閾值為0.4w, t時刻(即擾動後)功率變換器的輸出功率為45.lw,t-l時刻(即擾動前)功率變換器的輸出功率為44.9w，光伏發電系統可以判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值。
[0101]S502，關閉用於穩定所述直流母線電壓的電壓控制環路。
[0102]具體的，當判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值時，光伏發電系統則關閉用於穩定直流母線電壓的電壓控制環路，該電壓控制環路在處於功率狀態時，可以向該直流母線提供預設電壓，並維持該直流母線處於該預設電壓，從而使光伏陣列的輸出處於該預設電壓對應的功率點。
[0103]S503，維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變，所述功率變換器中包括所述直流母線。
[0104]具體的，光伏發電系統可以控制PWM的佔空比，以維持第一預設時長內所述功率變換器的輸出功率不變，若當前獲取的參考電壓值小於最近一次獲取的參考電壓值，則增加PWM的佔空比；若當前獲取的參考電壓值大於最近一次獲取的參考電壓值，則減小所述PWM的佔空比；若當前獲取的參考電壓值等於最近一次獲取的參考電壓值，則不改變所述PWM的佔空比，可選的，光伏發電系統可以將採集到的直流母線電壓作為該參考電壓值。
[0105]S504，根據預設電壓採樣周期採樣所述直流母線的電壓值。
[0106]具體的，光伏發電系統可以包括電壓傳感器，在電壓控制環路關閉，並維持功率變換器的輸出功率不變的條件下，光伏發電系統可以通過電壓傳感器採樣直流母線電壓，根據直流母線電壓值的變化控制功率變換器的輸出功率。
[0107]S505，比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值。[0108]具體的，光伏發電系統可以將在第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值進行比較，從而可以檢測到直流母線電壓在第一預設時長內的變化，根據該電壓值的變化可以控制功率變換器的輸出功率，本發明實施例先以預設定步長作為當前步長對直流母線電壓進行擾動跟蹤，可以快速將功率點擾動到最大功率點附近，再關閉電壓控制環路，根據第一預設時長內直流母線電壓的變化控制功率變換器的輸出功率，在提高了MPPT精度的基礎上，進一步的提高了 MPPT的效率。
[0109]S506，判斷在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間是否達到第二預設時長，所述第二預設時長小於所述第一預設時長。
[0110]具體的，若在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長，則執行步驟S509 ;否則，執行步驟S507。
[0111]假設第一預設時長為lrnin，也就是說光伏發電系統維持功率變換器的輸出功率在Imin內不變，且採樣周期為2s，第二預設時長為4s，若各個預設電壓採樣周期的電壓值依次為Ul、U2、U3，且存在U1>U2>U3，光伏發電系統則可以判斷在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長，則執行步驟S509。
[0112]S507，若電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間沒有達到第二預設時長，判斷在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間是否達到第三預設時長時，其中，所述第三預設時長小於所述第一預設時長。
[0113]具體的，光伏發電系統若判斷各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間沒有達到第二預設時長，可以進一步的判斷在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間是否達到第三預設時長時，若電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長時，則執行步驟S510，否則，執行步驟S508。
[0114]假設第一預設時長為lmin，也就是說光伏發電系統維持功率變換器的輸出功率在Imin內不變，且採樣周期為2s，第三預設時長為4s，若採集到的電壓值為U1、U2、U3，且存在Ul = U2 = U3，光伏發電系統可以判斷在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長時，則執行步驟S508。
[0115]需要指出的是，若第三預設時長大於第二預設時長，則可以按照本發明實施例的流程進行最大功率點跟蹤；在其他可選實施例中，第二預設時長可以大於第三預設時長，即先判斷在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間是否達到第三預設時長時，若電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長，才執行判斷在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長的步驟。
[0116]S508，若電壓值沿時間軸維持不變的持續時間沒有達到第三預設時長，則一直比較預設電壓採樣周期採樣到的電壓值，直到將所述第一預設時長內的所有電壓值進行比較，才在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率，並返回執行步驟S503。
[0117]具體的，若電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間沒有達到第二預設時長，且電壓值沿時間軸維持不變的持續時間沒有達到第三預設時長，則一直比較預設電壓採樣周期採樣到的電壓值，直到將在第一預設時長內採集到的所有的電壓值都進行了比較，光伏發電系統才在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率，並返回執行步驟 S503。
[0118]S509，若電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率，並返回執行步驟S503。
[0119]具體的，光伏發電系統可以根據公式
【權利要求】
1.一種最大功率點跟蹤方法，其特徵在於，包括: 維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變，所述功率變換器中包括直流母線； 根據預設電壓採樣周期採樣所述直流母線的電壓值，所述第一預設時長包括至少兩個連續的所述預設電壓採樣周期； 比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率之後，還包括: 返回執行所述維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變的步驟，其中，所述功率變換器的輸出功率維持在所述控制後的輸出功率。
3.如權利要求1-2任一項所述的方法，其特徵在於，所述維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變之前，還包括: 關閉用於穩定所述直流母線電壓的電壓控制環路。
4.如權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於，所述比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率包括: 比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值； 若在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率； 否則，在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率。
5.如權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於，所述比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率包括: 比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值； 當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長時，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率，其中，所述第二預設時長小於所述第一預設時長。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述比較在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值，根據所述比較的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率還包括: 當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長時，則在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率，其中，所述第三預設時長小於所述第一預設時長。
7.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述關閉用於穩定所述直流母線電壓的電壓控制環路之前，還包括: 以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，直至判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值，執行所述關閉用於穩定直流母線的電壓控制環路的步驟。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，直至判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值包括: 以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，並獲取每次擾動前與擾動後所述功率變換器的輸出功率； 當擾動後所述功率變換器的輸出功率與擾動前所述功率變換器的輸出功率的差值在第二預設閾值內時，則判定當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值。
9.一種最大功率點跟蹤裝置，其特徵在於，包括: 功率維持模塊，用於維持第一預設時長內功率變換器的輸出功率不變，所述功率變換器中包括直流母線； 電壓採樣 模塊，用於根據預設電壓採樣周期採樣所述直流母線的電壓值，所述第一預設時長包括至少兩個連續的所述預設電壓採樣周期； 比較模塊，用於比較所述電壓採樣模塊在所述第一預設時長內的各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值； 控制模塊，用於根據所述比較模塊的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率。
10.如權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述控制模塊還用於: 在執行所述根據所述比較模塊的比較結果控制所述功率變換器的輸出功率之後，觸發所述功率維持模塊維持第一預設時長內所述功率變換器的輸出功率等於所述控制後的輸出功率。
11.如權利要求9-10任一項所述的裝置，其特徵在於，還包括: 電壓環控制模塊，用於關閉用於穩定所述直流母線電壓的電壓控制環路，並觸發所述功率維持模塊維持所述第一預設時長內所述功率變換器的輸出功率不變。
12.如權利要求9-11任一項所述的裝置，其特徵在於，所述控制模塊具體用於: 若在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率； 否則，在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率。
13.如權利要求9-11任一項所述的裝置，其特徵在於，所述控制模塊具體用於: 當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸呈遞減狀態的持續時間達到第二預設時長時，則在當前維持的輸出功率的基礎上減小所述功率變換器的輸出功率，其中，所述第二預設時長小於所述第一預設時長。
14.如權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述控制模塊具體還用於: 當在所述各個預設電壓採樣周期採集到的電壓值沿時間軸維持不變的持續時間達到第三預設時長，則在當前維持的輸出功率的基礎上增加所述功率變換器的輸出功率，其中，所述第三預設時長小於所述第一預設時長。
15.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，還包括: 擾動模塊，用於以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，直至判斷出當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值，觸發所述電壓環控制模塊關閉用於穩定所述直流母線電壓的電壓控制環路。
16.如權利要求15所述的裝置，其特徵在於，所述擾動模塊具體用於:以預設定步長作為當前步長對所述直流母線電壓進行多次擾動，並獲取每次擾動前與擾動後所述功率變換器的輸出功率； 當擾動後所述功率變換器的輸出功率與擾動前所述功率變換器的輸出功率的差值在第二預設閾值內時， 則判定當前功率點與最大功率點的功率差值小於第一預設閾值。
【文檔編號】G05F1/67GK103995561SQ201410230513
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】石勇 申請人:華為技術有限公司