一種串聯(lián)光伏組件最大功率點跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001 ]本發(fā)明設及一種串聯(lián)光伏組件最大功率點跟蹤方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 近些年來隨著環(huán)境生態(tài)問題的日益突出，發(fā)展清潔能源成為當今經(jīng)濟社會發(fā)展的 必然趨勢，太陽能W其清潔、無污染、無噪聲、取之不盡、用之不竭的特點越來越受到世界各 國的青睞，我國對光伏產(chǎn)業(yè)的投入也越來越多。雖然光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模越來越大，然而光伏 發(fā)電的利用效率并不是太高，主要問題在于如何合理配置使光伏陣列的輸出功率達到最 大，進而提出了光伏發(fā)電最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)。
[0003] 光伏發(fā)電過程中部分光伏組件可能受到建筑、樹木、陰云等影響出現(xiàn)局部遮擋情 況，從而造成部分被遮擋組件不能正常工作，成為負載產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，造成功率損失，也就 是所說的熱斑效應，嚴重時還會造成災難性事故。為解決光伏陣列局部遮擋引起的熱斑效 應，往往在光伏組件的兩端反向并聯(lián)一個旁路二極管，運樣在光伏組件受到局部遮擋時與 之反向并聯(lián)的旁路二極管就會導通從而把受遮擋光伏組件隔離，避免熱斑效應發(fā)生。光伏 組件兩端反向并聯(lián)旁路二極管雖然很好的解決了熱斑效應問題，但是增加了 MPPT技術(shù)的難 度。無旁路二極管情況下，多個串聯(lián)光伏組件的輸出功率-電壓曲線只有一個峰值區(qū)間，增 加反向并聯(lián)旁路二極管后，不受遮擋時，多個串聯(lián)光伏組件的輸出功率-電壓曲線同樣只有 一個峰值區(qū)間，但是局部遮擋情況下，每導通一個旁路二極管就會多出一個峰值區(qū)間。
[0004] 對于單峰值MPPT算法，目前技術(shù)已經(jīng)非常成熟，最常規(guī)的有恒定電壓法、擾動觀察 法(爬山法）、增量電導法W及它們的一些改進算法，還有差分進化算法、模糊控制算法、神 經(jīng)網(wǎng)絡算法等，但是常規(guī)的和一般的改進MPPT單峰值算法不能快速準確的跟蹤MPP且對于 多峰值MPPT問題基本不適用。對于多峰MPPT算法，目前常用算法主要是一些仿生學算法，比 如遺傳算法、粒子群算法等，遺傳算法和粒子群算法都有快速收斂到全局峰值點的優(yōu)點，但 是它們來自仿生學的屬性使得其較難理解，同時實現(xiàn)起來較復雜，而且在應用到實際光伏 發(fā)電系統(tǒng)中時有其固有缺點。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有的MPPT算法不能快速準確找到串聯(lián)光伏組件最大功率點，特 別是在局部遮擋情況下串聯(lián)光伏組件輸出功率-電壓曲線出現(xiàn)多個峰值區(qū)間易發(fā)生局部尋 優(yōu)及在MPP處出現(xiàn)功率震蕩造成能量損失等問題，提出一種將多峰輸出功率-電壓曲線劃分 為多個單峰輸出功率-電壓(P-U)區(qū)間，在各個單峰區(qū)間快速定位最大功率點附近電壓值再 采用自適應變步長增量電導法進行MPPT最終跟蹤得到全局MPP的方法。
[0006] 按此目的提供一種串聯(lián)光伏組件最大功率點跟蹤方法，擬采用W下技術(shù)方案：
[0007] 本文提供一種串聯(lián)光伏組件最大功率點跟蹤方法，其特征是是串聯(lián)光伏組件的每 個光伏組件兩端反向并聯(lián)有一個旁路二極管，串聯(lián)光伏組件在受到局部遮擋時旁路二極管 會發(fā)生導通，旁路二極管導通時串聯(lián)光伏組件輸出電壓值化為串聯(lián)光伏組件輸出功率-電 壓(P-U)曲線波谷電壓值，根據(jù)化把串聯(lián)光伏組件受到局部遮擋時的多峰P-U曲線劃分為多 個單峰P-U區(qū)間，在劃分的各個單峰P-U區(qū)間引入自適應變步長電壓公式，如公式(1)所示， [000引
(1)
[0009] 其中，
[0010] 加(n+l)=u(n+l)-u(n) (2)
[0011] dI(n+l) = I(n+l)-I(n) (3)
[0012] 公式（1)-(3)中，A U(n)表示步長電壓，N為正數(shù)，表示步長因子，其大小和數(shù)量級 由實際情況確定，In表示W(wǎng)e為底的對數(shù)，U(n+l)、I(n+l)分別表示當前時刻的采樣電壓值 和采樣電流值dU(n+l)、dI(n+l)分別表示當前時刻采樣電壓值和采樣電流值的導數(shù)，U(n)、 I(n)分別表示前一時刻的采樣電壓值和采樣電流值，n = l，2,3...;
[0013] 公式（1)的步長電壓值在各個單峰P-U區(qū)間的最大功率點處為0,且在劃分的各個 單峰P-U區(qū)間的0.4倍到0.98倍P-U區(qū)間，公式（1)的步長電壓值Δυ(η)關(guān)于串聯(lián)光伏組件輸 出電壓U的曲線可看做一條直線，通過計算得到直線方程值為0時串聯(lián)光伏組件的輸出電壓 值U〇，WU〇為起始電壓值公式（1)的值為步長電壓值，在各個P-U單峰區(qū)間采用增量電導法進 行最大功率點跟蹤(MPPT)，最終得到全局最大功率點Pgmax和Pgmax處的工作電壓值Um;串聯(lián)光 伏組件不受局部遮擋時旁路二極管不導通，P-U曲線只有一個單峰區(qū)間，根據(jù)串聯(lián)光伏組件 受到局部遮擋時在劃分的單峰P-U區(qū)間的MPPT方法得到Pgmax和Um。不僅解決了光伏組件不受 遮擋時的單峰MPPT問題，還把局部遮擋情況下串聯(lián)光伏組件的多峰P-U區(qū)間準確劃分為單 峰P-U區(qū)間，用單峰MPPT方法解決了多峰MPPT問題，快速準確找到全局MPP，還能減少最大功 率點附近的震蕩和功率損失。所述MPPT方法包括W下步驟：
[0014] I.在控制器設定與每個光伏組件兩端反并聯(lián)的旁路二極管由關(guān)斷到導通電壓闊 值 Uref;
[0015] II.檢測存儲串聯(lián)光伏組件兩端的開路電壓Uw，WU。。為起始電壓W小步長電壓U 為步長電壓逐次降低串聯(lián)光伏組件輸出電壓值，在[0，Udc]電壓區(qū)間進行快速全局電壓掃 描，同時檢測每個旁路二極管兩端輸出電壓Ud;
[0016] III .在全局電壓掃描過程中，檢測到Ud = Uref時，即旁路二極管發(fā)生由關(guān)斷到導通 時，在控制器采樣存儲整個串聯(lián)光伏組件的輸出電壓值，依次記為Vi，V2,...，V"，其中m不大 于整個串聯(lián)光伏組件中所有反并聯(lián)的旁路二極管個數(shù)減1;
[0017] IV.經(jīng)過仿真和實驗研究證明，旁路二極管發(fā)生由關(guān)斷到導通時刻串聯(lián)光伏組件 的輸出電壓也是串聯(lián)光伏組件P-U曲線波谷處電壓值，由此確定局部遮擋情況下串聯(lián)光伏 組件的P-U曲線的波谷處電壓值依次也為Vl，V2, ...，Vm;
[001引V.根據(jù)確定的串聯(lián)光伏組件P-U曲線波谷處電壓值Vi，V2,.. .，Vm，在串聯(lián)光伏組件 輸出功率-電壓曲線的[0，Udc]電壓區(qū)間劃分輸出功率-電壓單峰區(qū)間從右向左依次為[VI， U0c]，[V2，Vl]，...，[0，Vm];
[0019] VI.結(jié)合公式（1)-(3)，根據(jù)增量電導法公式，得到公式(4)，
[0020]
(4)
[0021] 其中，
[0022] P(n+l)=U(n+l)*I(n+l) (5)
[0023] dP(n+l)=P(n+l)-P(n) (6)
[0024] 公式(4)-(6)中，P(n+1)表示當前時刻功率值，dP(n+l)表示當前時刻功率的導數(shù)， 在每個峰值區(qū)間的MPP處必有公式(4)值為0,得到公式(7):
[0025]
(7)
[0026] 根據(jù)公式(4)，在各個單峰P-U區(qū)間的MPP處公式(4)值為0,公式(7)的值為1，因此 在各個單峰P-U區(qū)間MPP處公式（1)值為0，通過仿真和實驗驗證，在串聯(lián)光伏組件各個單峰 P-U區(qū)間的0.4倍到0.98倍P-U區(qū)間公式（1)的步長電壓值關(guān)于輸出電壓U的方程近似一條直 線，在MPP處直線值為0，此時對應的輸出電壓為單峰P-U區(qū)間MPP處電壓，在MPP左側(cè)直線值 小于0，在MPP右側(cè)直線值大于0;
[0027] VII.在各個單峰P-U區(qū)間的[Vi+0.4*(U0c-Vi)，0.98*U0c]、[0.4*(V廣V2)，0.98* Vi].....[ο. 4*Vm，ο. 98*Vm]區(qū)間，分別 Wο. 98*U〇c、ο. 98*Vi.....0.98*Vm為起始電壓u為步 長電壓向電壓減小方向進行Ξ次電壓電流采樣，得到采樣輸出電壓值U(1)、U(2)、U(3)和對 應時刻的采樣輸出電流值1(1)、1(2)、1(3)，結(jié)合公式（1)-(3)，設公式(1)的步長電壓值Δυ (η)關(guān)于輸出電壓U的直線方程表達式