專利名稱：一種適用于光伏系統(tǒng)的高效mppt控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池發(fā)電效率最大化控制方法,適用于各種大中小功率等級(jí)的光伏新能源并網(wǎng)發(fā)電場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
光伏發(fā)電作為清潔能源發(fā)電的重要一支，近年來(lái)呈現(xiàn)蓬勃的發(fā)展趨勢(shì)，由于光伏電池的工作原理特性一在系統(tǒng)的外界環(huán)境(溫度，日照，角度等)條件下，不同的陣列輸出電壓可以得到不同的輸出功率，為了盡可能多的輸出電能，光伏系統(tǒng)必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行最大功率跟蹤(MPPT)控制。目前MPPT算法主要有擾動(dòng)觀察法和電導(dǎo)增量法。電導(dǎo)增量法算法較為復(fù)雜，且要求系統(tǒng)控制響應(yīng)要快，算法復(fù)雜降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且對(duì)系統(tǒng)控制響應(yīng)速度提出了更為嚴(yán)峻的要求，其應(yīng)用相比較于擾動(dòng)觀察法有一定 的局限性。擾動(dòng)觀察法分為定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法和變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法兩種，定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法，步長(zhǎng)選擇小了，精度高但跟蹤速度慢，步長(zhǎng)選擇大了，速度快但精度低，跟蹤速度和跟蹤精度是一對(duì)不可調(diào)和的矛盾。且擾動(dòng)觀察法下一次的擾動(dòng)方向判斷由功率大小比較來(lái)決定，功率計(jì)算的準(zhǔn)確性顯得尤為重要，否則就增大了誤判的幾率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種變步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀察法，解決了搜索速度和精度這一對(duì)不可調(diào)和的矛盾，且提供了可靠的準(zhǔn)確的功率計(jì)算方法，大大降低了功率誤判的幾率。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種適用于光伏系統(tǒng)的高效mppt控制策略，其特征是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)光伏電池輸出電壓，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)最大功率輸出。控制過(guò)程分為三個(gè)階段
a、在本次陣列電壓擾動(dòng)完成進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前PV陣列輸出功率，以與上一次陣列輸出功率比較，作為判斷下一次擾動(dòng)方向的依據(jù)；
b、在尋優(yōu)最大功率點(diǎn)的過(guò)程中，若連續(xù)N(N=3，4，5……)次朝功率增大的方向擾動(dòng)，則
不斷放大電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)直至最大限值V寧K=IV, 2V，3V……)，從而快速尋優(yōu)到最大功率點(diǎn)；
C、在尋優(yōu)到最大功率點(diǎn)后，若功率增大減小來(lái)回?cái)[動(dòng)，則不斷縮小電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)直至最小限值^ (Vrttpfik=IV, O. 9V，0. 8V……)，從而減少在最大功率點(diǎn)處的震蕩損失。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在
I、通過(guò)采用變步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀察法控制方法，兼顧了系統(tǒng)精度和速度上的要求，在尋優(yōu)最大功率點(diǎn)的過(guò)程中，大步長(zhǎng)的快速擾動(dòng)到最大功率點(diǎn)，保證了跟蹤速度。在尋優(yōu)到最大功率點(diǎn)后，通過(guò)步長(zhǎng)收斂大大降低了系統(tǒng)的震蕩損失，保證了跟蹤精度。
2、光伏MPPT擾動(dòng)采取周期性的擾動(dòng)策略，下一次的擾動(dòng)方向判斷依賴于PV輸出功率大小的比較，通過(guò)采最新的電壓電流值的方法，避免了將電壓擾動(dòng)過(guò)程中的采樣點(diǎn)帶進(jìn)來(lái)，提高了檢測(cè)穩(wěn)態(tài)下PV輸出功率的精度，降低了誤判的幾率。


圖I為光伏電池陣列的I-V&P-V特性曲線。圖2為光伏電池不同溫度下的P-V特性曲線。
圖3為光伏電池不同日照量下的P-V特性曲線。圖4為本發(fā)明控制方法原理圖。圖5為本發(fā)明控制方法流程圖。 以下通過(guò)具體實(shí)施方式
，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
具體實(shí)施例方式圖I給出的光伏電池陣列I-V&P-V特性曲線，是系統(tǒng)分析最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)之一，圖示表明它具有強(qiáng)烈的非線性特性。在給定日照情況下,光伏電池陣列短路qj= O)時(shí)，此時(shí)電流為短路電流/κ;光伏
電池陣列開(kāi)路(/= O)時(shí)，此時(shí)電壓為開(kāi)路電壓。€。當(dāng)光伏陣列電壓上升時(shí)，輸出功率從零
開(kāi)始增加，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，功率可達(dá)到最大，輸出電壓繼續(xù)增大時(shí)，功率開(kāi)始減小并最終減小為零。光伏電池陣列輸出功率最大的點(diǎn)，稱為最大功率點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓稱為
最大功率點(diǎn)電壓4;該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流，稱為最大功率點(diǎn)電流Ja;該點(diǎn)的功率，稱為最大
功率4。溫度和日照強(qiáng)度是影響光伏陣列功率輸出的最重要的參數(shù)，溫度上升將使太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓\c下降，短路電流輕微增大，總體效果會(huì)造成光伏電池的輸出功率下降，如圖2所示；而日照強(qiáng)度的增大將會(huì)使光伏電池的輸出功率增大，如圖3所示。上述因素會(huì)造成系統(tǒng)工作點(diǎn)飄忽不定，這必然導(dǎo)致系統(tǒng)效率的降低。為此，光伏陣列必須實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制，以便陣列在任何當(dāng)前日照下不斷獲得最大功率輸出。圖4可以看出，光伏陣列PV曲線是一個(gè)以最大功率點(diǎn)為極值的單峰函數(shù)，其特點(diǎn)說(shuō)明我們可以用步進(jìn)搜索法來(lái)尋找最大功率點(diǎn)，即從起始狀態(tài)開(kāi)始，每次做一有限變化，然后測(cè)量由于輸入信號(hào)變化引起輸出變化的大小及方向，等到辨別了方向以后，再命令被控對(duì)象的輸入按需要的方向調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自尋最優(yōu)控制。當(dāng)負(fù)載特性與太陽(yáng)電池特性的交點(diǎn)在陣列最大功率點(diǎn)相應(yīng)電壓之左時(shí)，MPPT的作用是使交點(diǎn)處的電壓升高，而當(dāng)交點(diǎn)在陣列
最大功率點(diǎn)相應(yīng)電壓^之右時(shí)，MPPT的作用是使交點(diǎn)處的電壓下降。圖中說(shuō)明了這個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程首先，假定系統(tǒng)工作點(diǎn)在功率上升曲線A點(diǎn)，此時(shí)電壓擾動(dòng)方向+ u V則下一個(gè)MPPT周期的光伏陣列輸出電壓為 Φ)=^ + Av= ，由于4>Pa，說(shuō)明電壓擾動(dòng)方向正確，繼續(xù)保持原方向，工作點(diǎn)從B到C。由于,繼續(xù)保持原擾動(dòng)方向，工作點(diǎn)從C到D，而此時(shí)功率點(diǎn)在下降曲線上，由于說(shuō)明電壓擾動(dòng)方向?yàn)楣β氏陆捣较?，則擾動(dòng)方向反向?yàn)?厶V,工作點(diǎn)從D到C。同理，系統(tǒng)工作點(diǎn)在B，C，D之間徘徊，保持尋優(yōu)過(guò)程。圖5為本發(fā)明的具體控制流程圖，首先對(duì)系統(tǒng)的PV電壓和PV電流采樣，始終獲得系統(tǒng)最新的時(shí)間段Taapij (Tsepfc=O. 5s, O. 4s, O. 3s……)內(nèi)的采樣值各自求取平均值，其乘
積作為當(dāng)前穩(wěn)態(tài)PV陣列輸出功率值。通過(guò)比較系統(tǒng)當(dāng)前PV輸出功率與上一次PV輸出功率，若功率增大，則下一周期以同方向擾動(dòng)；否則改變擾動(dòng)方向。若功率連續(xù)CNT1(CNT1=3，
4,5……)次增大，則擾動(dòng)步長(zhǎng)乘以倍數(shù)值( Vmaip, =1. 1,1.2,1.3……)，在此基礎(chǔ)上
連續(xù)增大次數(shù)到CNT2 (CNT2= CNTl+1,2,3……)，擾動(dòng)步長(zhǎng)繼續(xù)乘以1之后若仍維持
功率增大趨勢(shì)，則每次均乘以1Vaaip直至到最大步長(zhǎng)限若功率增大減小來(lái)回?cái)[
動(dòng)，累計(jì)次數(shù)達(dá)到CNT3 (CNT3=2，3，4……)次及以上，則擾動(dòng)步長(zhǎng)不斷除以1直至到最 小步長(zhǎng)限值最后保存當(dāng)前穩(wěn)態(tài)PV輸出功率值，以作為下一次比較的上次值，同時(shí)將改變的電壓擾動(dòng)輸出到控制接口上，則本次MPPT擾動(dòng)結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種適用于光伏系統(tǒng)的高效mppt控制策略，其特征是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)光伏電池輸出電壓，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)最大功率輸出； 控制過(guò)程分為三個(gè)階段 a、在本次陣列電壓擾動(dòng)完成進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前PV陣列輸出功率，以與上一次陣列輸出功率比較，作為判斷下一次擾動(dòng)方向的依據(jù)； b、在尋優(yōu)最大功率點(diǎn)的過(guò)程中，若連續(xù)Q(Q=3，4，5……)次朝功率增大的方向擾動(dòng)，則不斷放大電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)直至最大限值(vw =1V，2V，3V……)，從而快速尋優(yōu)到最大功率點(diǎn)； C、在尋優(yōu)到最大功率點(diǎn)后，若功率增大減小來(lái)回?cái)[動(dòng)，則不斷縮小電壓擾動(dòng)步長(zhǎng)直至最小限值￥_^=IV, O. 9V，0. 8V……)，從而減少在最大功率點(diǎn)處的震蕩損失。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前穩(wěn)態(tài)PV陣列輸出功率，其特征是針對(duì)系統(tǒng)的PV電壓和PV電流采樣，始終獲得系統(tǒng)最新的時(shí)間段Taapfc (Tampfc =0.5s,0. 4s,O. 3s……)內(nèi)的采樣值各自求取平均值，其乘積作為當(dāng)前穩(wěn)態(tài)PV陣列輸出功率值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變步長(zhǎng)最大功率尋優(yōu)控制方法，其特征是通過(guò)比較系統(tǒng)當(dāng)前PV輸出功率與上一次PV輸出功率，若功率增大，則下一周期以同方向擾動(dòng)；否則改變擾動(dòng)方向； 若功率連續(xù)CNTI (CNTI=3，4，5……)次增大，則擾動(dòng)步長(zhǎng)乘以倍數(shù)值(=1. 1,1. 2,1. 3……)，在此基礎(chǔ)上連續(xù)增大次數(shù)到CNT2 (CNT2= CNTl+1,2,3……)，擾動(dòng)步長(zhǎng)繼續(xù)乘以,之后若仍維持功率增大趨勢(shì)，則每次均乘以直至到最大步長(zhǎng)限值； 若功率增大減小來(lái)回?cái)[動(dòng)，累計(jì)次數(shù)達(dá)到CNT3 (CNT3=2，3，4……)次及以上，則擾動(dòng)步長(zhǎng)不斷除以直至到最小步長(zhǎng)限值Vrtqmin。
全文摘要
一種適用于光伏系統(tǒng)的高效mppt控制策略，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)光伏電池輸出電壓，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)最大功率輸出。本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在通過(guò)采用變步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀察法控制方法，兼顧了系統(tǒng)精度和速度上的要求。
文檔編號(hào)G05F1/67GK102768555SQ201110426880
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者丁杰, 呂宏水, 吳福保, 周敏, 宋飛, 王彤, 田新全, 陳梅 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院