不均勻光照下光伏發電系統最大功率點跟蹤方法
2023-10-18 06:31:24 4
專利名稱：不均勻光照下光伏發電系統最大功率點跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及光伏發電控制技術領域，具體是一種不均勻光照下光伏發電系統最大功率點跟蹤方法，適用於獨立型或併網型的光伏發電系統。
背景技術：
目前，可再生能源的開發和利用日益受到各國政府的重視，而光伏發電是可再生能源的重要組成部分，未來光伏發電具有很大的發展潛力。據2011年歐洲光伏工業協會(EPIA)預測，至2050年整個歐洲100%的能源都由光伏發電提供。隨著光伏產業的發展，以中小型為主的光伏建築一體化(Building IntegratedPhotovoltaics,BIPV)將成為未來光伏發電的主要形式之一,而密集的高樓建築、樹蔭和雲層等難免會對光伏電池造成一定的遮蔽，由光伏電池本來的特性可知，光伏電池在遮蔽條件下輸出功率將減少，且遮蔽越嚴重(即到達光伏電池的光照強度越弱)則輸出功率下降越明顯。現有的光伏發電技術，如恆定電壓法、擾動觀察法、增量電導法等，主要研究的都是無遮蔽情況下的最大功率點跟蹤，未能考慮到遮蔽帶來嚴重的功率損失問題。目前，國外有少量文章提出了光照不均勻下最大功率點(Maximum Power Point, MPP)的跟蹤方法,而國內很少有文章提出，且已提出的方法存在如下問題增加硬體設備投入、精度不高、效率低、算法太複雜、適應性差、實用性不強等問題。光伏電池組件通常由多個光伏電池串並聯而成，而光伏陣列通常由多個光伏電池組件串並聯組成，光伏發電系統則是由多個光伏陣列經過串並聯組成。當光伏陣列中有部分光伏組件被遮蔽(光伏陣列所受光照不均勻)時，整個該並聯的光伏陣列輸出電流能力將受到限制，但是完全沒有被遮蔽的並聯光伏陣列輸出電流能力不會降低，若將兩者串聯在一起且採用傳統的最大功率點跟蹤算法控制整個系統發電，則會大大減少系統的輸出功率，這種功率損失可達30%以上甚至更嚴重。因此，提出一種不均勻下光照光伏發電系統的最大功率點跟蹤方法，可以大大減少遮蔽帶來整個系統輸出功率的嚴重下降。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明提供一種不均勻光照下光伏發電系統最大功率點跟蹤方法，無需增加額外的硬體設備，減少了系統由於光伏陣列光照不均勻帶來嚴重的功率損失。本發明是以如下技術方案實現的一種不均勻光照下光伏發電系統最大功率點跟蹤方法，光伏發電系統開始運行在光伏陣列光照均勻下且已經處於最大功率點M處，記錄此刻光伏陣列輸出的電壓郵11和電流取-I];若此時光伏陣列出現光照不均勻，光伏陣列輸出的電壓CP3和電流履*1將會改變，檢測改變後的光伏陣列輸出電壓CP3和電流
然後經過最大功率點跟蹤器判斷得出光伏陣列是否存在光照不均勻，若光照均勻則、進行變步長擾動觀察法獲得最大功率點，若光照不均勻則計算首次參考電壓％，再利用變
步長擾動觀察法得到首個局部最大功率點，並記錄相應的電壓巧和功片然後增加參考
電壓至F1 +AF，再利用變步長擾動觀察法得到第二個局部最大功率點，並記錄相應的電壓
F2和功率焉依次類推，將所得電壓依次記為FiF2、……、Fa，功率依次記為召、P2、……、
戽，再比較這B個局部最大功率值，提取最大的局部最大功率點並將對應的電壓作為最大
功率點跟蹤器輸出的參考電壓，最後控制器根據最大功率點跟蹤器輸出的參考電壓》^計算得到佔空比，跟蹤到全局最大功率點。本發明的有益效果是大大減少了系統由於光伏陣列光照不均勻帶來嚴重的功率損失；該方法幾乎只從軟體考慮算法的實現，無需增加額外的硬體設備，大大減少了成本，整個算法相對簡單，軟體實現也比較容易；最大功率跟蹤器和控制器採用DSP控制，提高了整個光伏發電系統算法的準確性、穩定性和實時性。
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。圖I為雙級式光伏發電系統結構框 圖2是光伏陣列輸出電流與電壓特性 圖3是光伏陣列輸出功率與電壓特性 圖4為光伏陣列光照不均勻下最大功率點跟蹤方法流程圖。
具體實施例方式如圖I所示，光伏陣列11連接防反二極體12，防反二極體12連接光伏陣列輸出側電容22，光伏陣列輸出側電容22連接Boost電路21，Boost電路21連接直流濾波大電容14，直流濾波大電容14連接電壓源逆變器15，電壓源逆變器15連接LCL濾波17、LCL濾波17連接本地負載置18和三相交流斷路器19，三相交流斷路器19連接三相電網20，光伏陣
列11輸出的電壓OW和電流JW經傳感器檢測連接最大功率點跟蹤器13，最大功率點跟蹤
器13輸出參考電壓連接控制器16，控制器16輸出脈衝jp連接Boost電路21，從而控制
Boost電路21中MOSFET開通和關斷，調整負載電流滿足輸出功率匹配光伏陣列11輸出的全局最大功率。最大功率點跟蹤器13和控制器16均採用DSP控制，提高了整個光伏發電系統算法的準確性、穩定性和實時性。如圖2和圖3所示，曲線I是光伏陣列(PV)光照均勻下輸出電流與電壓特性曲線；曲線2是光伏陣列光照不均勻下輸出電流與電壓特性曲線；曲線3是光伏陣列光照均勻下輸出功率與電壓特性曲線；曲線4是光伏陣列光照不均勻下輸出功率與電壓特性曲線。
為光伏陣列的反並聯二極體數Jww為光伏陣列的輸出電流 為光伏陣列的輸出電壓；為最大功率點跟蹤器輸出的參考電壓\P為控制器輸出的脈衝信號Jm:為光伏陣列光 照均勻下的短路電流值X為光伏陣列光照不均勻下的短路電流值；M為光伏陣列光照均勻下的最大功率點；J為光伏陣列光照均勻下的最大功率點電流值；《/為光伏陣列光照均勻下的最大功率點電壓值；AF為光照均勻下最大功率點M的電壓I/與光伏陣列反並聯二極體數B的比值;A1為光伏陣列光照不均勻下首次跟蹤局部最大功率點的起點；A2為光伏陣列光照不均勻下經Ml增加電壓AP後的工作點'hn-2為光伏陣列光照不均勻下經M/7-3增加電壓AF後的工作點；A/7-l為光伏陣列光照不均勻下經M/7-2增加電壓4 ^後的工作點'kn為光伏陣列光照不均勻下經Mz7-I增加電圧AF後的工作點；&是電壓增長AF的係數；為局部最大功率點Ml的電壓；K為局部最大功率點M2的電壓；為局部最大功
率點Mn-2的電壓為局部最大功率點M/7-1的電壓；》；、局部最大功率點Mn的電壓；M1為第一個局部最大功率點；M2為第二個局部最大功率點；M/ -2、第n-2個局部最大功率點；■ -I、第n-1個局部最大功率點；M/ 為第n個局部最大功率點；芎為局部最大功率點Ml的
功率；馬為局部最大功率點M2的功率；#_2為局部最大功率點Mn-2的功率；I為局部最 大功率點M/7-1的功率；^為局部最大功率點Mn的功率,AF滅為判斷光伏陣列光照不均勻預設定的電壓差值。如圖4所示，以雙級式光伏發電系統為例，本方法的具體步驟如下
A、檢測當前時刻光伏陣列輸出電壓信號tPJ和電流信號JPl；
B、若取-1],則繼續往下執行步驟C;否則，執行變步長擾動觀察法；
C、計算opt-I卜咽的值;若砸-,則繼續往下執行D;否則，執行變
步長擾動觀察法；At是光伏陣列光照不均勻預設定的電壓差值，根據實際開路電壓值進行選取；
D、計算起始電壓封鎖點VO，Fa=JCy-AF，其中，電壓增長的係數AF是光照均勻下最大功率點M的電圧I/與光伏陣列反並聯二極體數H的比值，即AF=U/b ; 是電壓增長的係數AF的係數，根據實際遮蔽情況適當選取，0^^ ；
E、以％為起點，首次利用變步長擾動觀察法跟蹤到局部最大功率點Ml，並記錄此時Ml處的電壓巧和功率乓，然後增加參考電壓至巧+ & ^,再次利用變步長擾動觀察法跟蹤到局部最大功率點M2，並記錄此時M2處的電壓巧和功率J|依此類推，將所得電壓依次記為
>......、,功率依次己為片、巧、......、；
F、比較召、P2、 …戽的大小，找出局部最大功率點的最大點並提取相對應的電壓作為最大功率點跟蹤器輸出的參考電壓^，最後控制器根據最大功率點跟蹤器輸出的參考電壓C計算得到佔空比，經MOSFET驅動輸出脈衝信號/7去控制Boost電路的MOSFET開
通和關斷，從而使整個系統跟蹤到全局最大功率點。本發明的保護範圍不限於上述的實施例。
權利要求
1.一種不均勻光照下光伏發電系統最大功率點跟蹤方法，其特徵在於光伏發電系統開始運行在光伏陣列光照均勻下且已經處於最大功率點M處，記錄此刻光伏陣列輸出的電壓CPr-Il和電流;若此時光伏陣列出現光照不均勻，光伏陣列輸出的電壓CP和電流iPl將會改變，檢測改變後的光伏陣列輸出電壓風*]和電流履*1,然後經過最大功率點跟蹤器判斷得出光伏陣列是否存在光照不均勻，若光照均勻則進行變步長擾動觀察法獲得最大功率點，若光照不均勻則計算首次參考電壓K，再利用變步長擾動觀察法得到首個局部最大功率點，並記錄相應的電圧和功率乓，然後增加參考電壓至巧+ AF,再利用變步長擾動觀察法得到第二個局部最大功率點，並記錄相應的電壓K和功率馬，依次類推，將所得電壓依次記為巧、K、……、t,功率依次記為乓、馬、……、戽，再比較這B個局部最大功率值，提取最大的局部最大功率點並將對應的電壓作為最大功率點跟蹤器輸出的參考電壓最後控制器根據最大功率點跟蹤器輸出的參考電壓G計算得到佔空比，跟蹤到全局最大功率點。
2.根據權利要求I所述的不均勻光照下光伏發電系統最大功率點跟蹤方法，其特徵 在於具體步驟如下 A.檢測當前時刻光伏陣列輸出電壓信號CP和電流信號ip； B.若取]譯I]，則繼續往下執行步驟C;否則，執行變步長擾動觀察法； C.計的值；若《^-3]-At，則繼續往下執行D;否則，執行變步長擾動觀察法德是光伏陣列光照不均勻預設定的電壓差值，根據實際開路電壓值進行選取； D.計算起始電壓封鎖點其中，電壓增長的係數AF是光照均勻下最大功率點M的電圧CJ與光伏陣列反並聯二極體數H的比值 』&是電壓增長的係數AF的係數，根據實際遮蔽情況適當選取，OSiTv SI ； E.以&為起點，首次利用變步長擾動觀察法跟蹤到局部最大功率點Ml，並記錄此時Ml處的電壓巧和功率片，然後增加參考電壓至巧+ AF ,再次利用變步長擾動觀察法跟蹤到局部最大功率點M2，並記錄此時M2處的電壓巧和功車依此類推，將所得電壓依次記為巧>^2 > ......、,功率依次記為片、馬、......、； F.比較與、芎、……、戽的大小，找出局部最大功率點的最大點並提取相對應的電壓作為最大功率點跟蹤器輸出的參考電壓，最後控制器根據最大功率點跟蹤器輸出的參考電壓^計算得到佔空比，經MOSFET驅動輸出脈衝信號/7去控制Boost電路的MOSFET開通和關斷，從而使整個系統跟蹤到全局最大功率點。
3.根據權利要求I或2所述的不均勻光照下光伏發電系統最大功率點跟蹤方法，其特徵在於所述的 最大功率點跟蹤器和控制器均採用DSP控制。
全文摘要
本發明公開了一種不均勻光照下光伏發電系統最大功率點跟蹤方法。檢測當前時刻的光伏陣列輸出電壓和電流，然後經過最大功率點跟蹤器判斷得出光伏陣列是否存在光照不均勻，若光照均勻則進行變步長擾動觀察法獲得最大功率點，若光照不均勻則計算首次參考電壓，再利用變步長擾動觀察法得到首個局部最大功率點，並記錄相應的電壓和功率，再利用變步長擾動觀察法得到第二個局部最大功率點，並記錄相應的電壓和功率，依次類推得電壓和，比較這個局部最大功率值，提取最大的局部最大功率點並將對應的電壓作為最大功率點跟蹤器輸出的參考電壓，最後控制器根據計算得到佔空比，跟蹤到全局最大功率點。優點減少了系統由於光伏陣列光照不均勻帶來的功率損失。
文檔編號H02N6/00GK102722212SQ20121022309
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月2日 優先權日2012年7月2日
發明者周娟, 徐立華, 李小強, 李洪亮, 柏浩峰, 耿乙文, 胡飛鵬, 裴文龍, 許奔, 辛宇 申請人:中國礦業大學