專(zhuān)利名稱(chēng)：不均勻光照下光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏發(fā)電控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種不均勻光照下光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，適用于獨(dú)立型或并網(wǎng)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用日益受到各國(guó)政府的重視，而光伏發(fā)電是可再生能源的重要組成部分，未來(lái)光伏發(fā)電具有很大的發(fā)展?jié)摿?。?jù)2011年歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)(EPIA)預(yù)測(cè)，至2050年整個(gè)歐洲100%的能源都由光伏發(fā)電提供。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以中小型為主的光伏建筑一體化(Building IntegratedPhotovoltaics,BIPV)將成為未來(lái)光伏發(fā)電的主要形式之一,而密集的高樓建筑、樹(shù)蔭和云層等難免會(huì)對(duì)光伏電池造成一定的遮蔽，由光伏電池本來(lái)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(yán)重(即到達(dá)光伏電池的光照強(qiáng)度越弱)則輸出功率下降越明顯?，F(xiàn)有的光伏發(fā)電技術(shù)，如恒定電壓法、擾動(dòng)觀(guān)察法、增量電導(dǎo)法等，主要研究的都是無(wú)遮蔽情況下的最大功率點(diǎn)跟蹤，未能考慮到遮蔽帶來(lái)嚴(yán)重的功率損失問(wèn)題。目前，國(guó)外有少量文章提出了光照不均勻下最大功率點(diǎn)(Maximum Power Point, MPP)的跟蹤方法,而國(guó)內(nèi)很少有文章提出，且已提出的方法存在如下問(wèn)題增加硬件設(shè)備投入、精度不高、效率低、算法太復(fù)雜、適應(yīng)性差、實(shí)用性不強(qiáng)等問(wèn)題。光伏電池組件通常由多個(gè)光伏電池串并聯(lián)而成，而光伏陣列通常由多個(gè)光伏電池組件串并聯(lián)組成，光伏發(fā)電系統(tǒng)則是由多個(gè)光伏陣列經(jīng)過(guò)串并聯(lián)組成。當(dāng)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(shí)，整個(gè)該并聯(lián)的光伏陣列輸出電流能力將受到限制，但是完全沒(méi)有被遮蔽的并聯(lián)光伏陣列輸出電流能力不會(huì)降低，若將兩者串聯(lián)在一起且采用傳統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤算法控制整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電，則會(huì)大大減少系統(tǒng)的輸出功率，這種功率損失可達(dá)30%以上甚至更嚴(yán)重。因此，提出一種不均勻下光照光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，可以大大減少遮蔽帶來(lái)整個(gè)系統(tǒng)輸出功率的嚴(yán)重下降。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種不均勻光照下光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，無(wú)需增加額外的硬件設(shè)備，減少了系統(tǒng)由于光伏陣列光照不均勻帶來(lái)嚴(yán)重的功率損失。本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種不均勻光照下光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，光伏發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行在光伏陣列光照均勻下且已經(jīng)處于最大功率點(diǎn)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(shí)光伏陣列出現(xiàn)光照不均勻，光伏陣列輸出的電壓CP3和電流履*1將會(huì)改變，檢測(cè)改變后的光伏陣列輸出電壓CP3和電流
然后經(jīng)過(guò)最大功率點(diǎn)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(jìn)行變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法獲得最大功率點(diǎn)，若光照不均勻則計(jì)算首次參考電壓％，再利用變
步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法得到首個(gè)局部最大功率點(diǎn)，并記錄相應(yīng)的電壓巧和功片然后增加參考
電壓至F1 +AF，再利用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法得到第二個(gè)局部最大功率點(diǎn)，并記錄相應(yīng)的電壓
F2和功率焉依次類(lèi)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(gè)局部最大功率值，提取最大的局部最大功率點(diǎn)并將對(duì)應(yīng)的電壓作為最大
功率點(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓，最后控制器根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓》^計(jì)算得到占空比，跟蹤到全局最大功率點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果是大大減少了系統(tǒng)由于光伏陣列光照不均勻帶來(lái)嚴(yán)重的功率損失；該方法幾乎只從軟件考慮算法的實(shí)現(xiàn)，無(wú)需增加額外的硬件設(shè)備，大大減少了成本，整個(gè)算法相對(duì)簡(jiǎn)單，軟件實(shí)現(xiàn)也比較容易；最大功率跟蹤器和控制器采用DSP控制，提高了整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)算法的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I為雙級(jí)式光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(diǎn)跟蹤方法流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，光伏陣列11連接防反二極管12，防反二極管12連接光伏陣列輸出側(cè)電容22，光伏陣列輸出側(cè)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(fù)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(wǎng)20，光伏陣
列11輸出的電壓OW和電流JW經(jīng)傳感器檢測(cè)連接最大功率點(diǎn)跟蹤器13，最大功率點(diǎn)跟蹤
器13輸出參考電壓連接控制器16，控制器16輸出脈沖jp連接Boost電路21，從而控制
Boost電路21中MOSFET開(kāi)通和關(guān)斷，調(diào)整負(fù)載電流滿(mǎn)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(diǎn)跟蹤器13和控制器16均采用DSP控制，提高了整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)算法的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。如圖2和圖3所示，曲線(xiàn)I是光伏陣列(PV)光照均勻下輸出電流與電壓特性曲線(xiàn)；曲線(xiàn)2是光伏陣列光照不均勻下輸出電流與電壓特性曲線(xiàn)；曲線(xiàn)3是光伏陣列光照均勻下輸出功率與電壓特性曲線(xiàn)；曲線(xiàn)4是光伏陣列光照不均勻下輸出功率與電壓特性曲線(xiàn)。
為光伏陣列的反并聯(lián)二極管數(shù)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(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓\P為控制器輸出的脈沖信號(hào)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(diǎn)；J為光伏陣列光照均勻下的最大功率點(diǎn)電流值；《/為光伏陣列光照均勻下的最大功率點(diǎn)電壓值；AF為光照均勻下最大功率點(diǎn)M的電壓I/與光伏陣列反并聯(lián)二極管數(shù)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(diǎn)的起點(diǎn)；A2為光伏陣列光照不均勻下經(jīng)Ml增加電壓AP后的工作點(diǎn)'hn-2為光伏陣列光照不均勻下經(jīng)M/7-3增加電壓AF后的工作點(diǎn)；A/7-l為光伏陣列光照不均勻下經(jīng)M/7-2增加電壓4 ^后的工作點(diǎn)'kn為光伏陣列光照不均勻下經(jīng)Mz7-I增加電圧AF后的工作點(diǎn)；&是電壓增長(zhǎng)AF的系數(shù)；為局部最大功率點(diǎn)Ml的電壓；K為局部最大功率點(diǎn)M2的電壓；為局部最大功
率點(diǎn)Mn-2的電壓為局部最大功率點(diǎn)M/7-1的電壓；》；、局部最大功率點(diǎn)Mn的電壓；M1為第一個(gè)局部最大功率點(diǎn)；M2為第二個(gè)局部最大功率點(diǎn)；M/ -2、第n-2個(gè)局部最大功率點(diǎn)；■ -I、第n-1個(gè)局部最大功率點(diǎn)；M/ 為第n個(gè)局部最大功率點(diǎn)；芎為局部最大功率點(diǎn)Ml的
功率；馬為局部最大功率點(diǎn)M2的功率；#_2為局部最大功率點(diǎn)Mn-2的功率；I為局部最 大功率點(diǎn)M/7-1的功率；^為局部最大功率點(diǎn)Mn的功率,AF滅為判斷光伏陣列光照不均勻預(yù)設(shè)定的電壓差值。如圖4所示，以雙級(jí)式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，本方法的具體步驟如下
A、檢測(cè)當(dāng)前時(shí)刻光伏陣列輸出電壓信號(hào)tPJ和電流信號(hào)JPl；
B、若取-1],則繼續(xù)往下執(zhí)行步驟C;否則，執(zhí)行變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法；
C、計(jì)算opt-I卜咽的值;若砸-,則繼續(xù)往下執(zhí)行D;否則，執(zhí)行變
步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法；At是光伏陣列光照不均勻預(yù)設(shè)定的電壓差值，根據(jù)實(shí)際開(kāi)路電壓值進(jìn)行選?。?br> D、計(jì)算起始電壓封鎖點(diǎn)VO，F(xiàn)a=JCy-AF，其中，電壓增長(zhǎng)的系數(shù)AF是光照均勻下最大功率點(diǎn)M的電圧I/與光伏陣列反并聯(lián)二極管數(shù)H的比值，即AF=U/b ; 是電壓增長(zhǎng)的系數(shù)AF的系數(shù)，根據(jù)實(shí)際遮蔽情況適當(dāng)選取，0^^ ；
E、以％為起點(diǎn)，首次利用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法跟蹤到局部最大功率點(diǎn)Ml，并記錄此時(shí)Ml處的電壓巧和功率乓，然后增加參考電壓至巧+ & ^,再次利用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法跟蹤到局部最大功率點(diǎn)M2，并記錄此時(shí)M2處的電壓巧和功率J|依此類(lèi)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(diǎn)的最大點(diǎn)并提取相對(duì)應(yīng)的電壓作為最大功率點(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓^，最后控制器根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓C計(jì)算得到占空比，經(jīng)MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出脈沖信號(hào)/7去控制Boost電路的MOSFET開(kāi)
通和關(guān)斷，從而使整個(gè)系統(tǒng)跟蹤到全局最大功率點(diǎn)。本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種不均勻光照下光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于光伏發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行在光伏陣列光照均勻下且已經(jīng)處于最大功率點(diǎn)M處，記錄此刻光伏陣列輸出的電壓CPr-Il和電流;若此時(shí)光伏陣列出現(xiàn)光照不均勻，光伏陣列輸出的電壓CP和電流iPl將會(huì)改變，檢測(cè)改變后的光伏陣列輸出電壓風(fēng)*]和電流履*1,然后經(jīng)過(guò)最大功率點(diǎn)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(jìn)行變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法獲得最大功率點(diǎn)，若光照不均勻則計(jì)算首次參考電壓K，再利用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法得到首個(gè)局部最大功率點(diǎn)，并記錄相應(yīng)的電圧和功率乓，然后增加參考電壓至巧+ AF,再利用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法得到第二個(gè)局部最大功率點(diǎn)，并記錄相應(yīng)的電壓K和功率馬，依次類(lèi)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(gè)局部最大功率值，提取最大的局部最大功率點(diǎn)并將對(duì)應(yīng)的電壓作為最大功率點(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓最后控制器根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓G計(jì)算得到占空比，跟蹤到全局最大功率點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的不均勻光照下光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征 在于具體步驟如下 A.檢測(cè)當(dāng)前時(shí)刻光伏陣列輸出電壓信號(hào)CP和電流信號(hào)ip； B.若取]譯I]，則繼續(xù)往下執(zhí)行步驟C;否則，執(zhí)行變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法； C.計(jì)的值；若《^-3]-At，則繼續(xù)往下執(zhí)行D;否則，執(zhí)行變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法德是光伏陣列光照不均勻預(yù)設(shè)定的電壓差值，根據(jù)實(shí)際開(kāi)路電壓值進(jìn)行選?。?D.計(jì)算起始電壓封鎖點(diǎn)其中，電壓增長(zhǎng)的系數(shù)AF是光照均勻下最大功率點(diǎn)M的電圧CJ與光伏陣列反并聯(lián)二極管數(shù)H的比值 ’&是電壓增長(zhǎng)的系數(shù)AF的系數(shù)，根據(jù)實(shí)際遮蔽情況適當(dāng)選取，OSiTv SI ； E.以&為起點(diǎn)，首次利用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法跟蹤到局部最大功率點(diǎn)Ml，并記錄此時(shí)Ml處的電壓巧和功率片，然后增加參考電壓至巧+ AF ,再次利用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法跟蹤到局部最大功率點(diǎn)M2，并記錄此時(shí)M2處的電壓巧和功車(chē)依此類(lèi)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(diǎn)的最大點(diǎn)并提取相對(duì)應(yīng)的電壓作為最大功率點(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓，最后控制器根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓^計(jì)算得到占空比，經(jīng)MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出脈沖信號(hào)/7去控制Boost電路的MOSFET開(kāi)通和關(guān)斷，從而使整個(gè)系統(tǒng)跟蹤到全局最大功率點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的不均勻光照下光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于所述的 最大功率點(diǎn)跟蹤器和控制器均采用DSP控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種不均勻光照下光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤方法。檢測(cè)當(dāng)前時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓和電流，然后經(jīng)過(guò)最大功率點(diǎn)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(jìn)行變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法獲得最大功率點(diǎn)，若光照不均勻則計(jì)算首次參考電壓，再利用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法得到首個(gè)局部最大功率點(diǎn)，并記錄相應(yīng)的電壓和功率，再利用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀(guān)察法得到第二個(gè)局部最大功率點(diǎn)，并記錄相應(yīng)的電壓和功率，依次類(lèi)推得電壓和，比較這個(gè)局部最大功率值，提取最大的局部最大功率點(diǎn)并將對(duì)應(yīng)的電壓作為最大功率點(diǎn)跟蹤器輸出的參考電壓，最后控制器根據(jù)計(jì)算得到占空比，跟蹤到全局最大功率點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)減少了系統(tǒng)由于光伏陣列光照不均勻帶來(lái)的功率損失。
文檔編號(hào)H02N6/00GK102722212SQ20121022309
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者周娟, 徐立華, 李小強(qiáng), 李洪亮, 柏浩峰, 耿乙文, 胡飛鵬, 裴文龍, 許奔, 辛宇 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)