一種基于并網功率波動的線性外推mppt方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏并網逆變器最大功率點跟蹤（MPPT)技術領域，具體涉及一種基 于并網功率波動的線性外推MPPT方法。
【背景技術】
[0002] 上個世紀以來，隨著石油、煤炭和天然氣為代表的化石能源的逐漸消耗以及化石 能源燃燒，造成環(huán)境問題日趨嚴峻，世界能源結構由以化石能源為主導向大力發(fā)展非化石 能源的轉變勢在必行。
[0003] 我國作為一個資源大國，同時也是世界上最大的發(fā)展中國家，能源結構的優(yōu)化還 有很長的路要走。根據最新的資料顯示，2013年中國一次能源生產總量34億噸標煤，居世 界第一，其中煤炭產量占世界的47. 5%，石油產量占5%，天然氣產量占3. 2%，非化石能源 產量占15. 3%，電力裝機占24. 5%，非化石能源消費占能源消費總量的9. 8%，非化石能源 裝機總量占電力裝機總量的30. 9%，目前，風電并網容量累計達到8123萬千瓦，位列世界 前茅，光伏發(fā)電增長強勁，裝機容量達到2242萬千瓦。
[0004] 國家主席習近平在APEC工商領導人峰會的演講中，以及APEC第二十二次領導人 非正式會議上的開幕辭里，兩次提及"能源革命"，并將其與科技革命、產業(yè)革命并列為新一 輪全球性的"革命"。中美發(fā)布的"氣候變化和清潔能源合作的聯合聲明"，宣布了中國在 2020年之后的氣候變化行動。這是中國首次正式提出溫室氣體排放峰值將于2030年左右 到來，并提出非化石能源占一次能源消費比例從2020年的15%提升到2030年20%左右。
[0005] 光伏發(fā)電作為非化石能源的重要組成部分，具有其獨特的優(yōu)勢條件。首先，太陽能 資源儲量巨大。太陽照射地球的功率達80萬千瓦/每秒，假如將地球表面0. 1 %的太陽能 轉為電能，轉換效率5%，則每年發(fā)電量可達5. 6X1012kWh，相當于全球能耗的40倍。其 次，太陽能發(fā)電系統不受地域、海拔等因素的限制，并且太陽能光伏發(fā)電本身不排放包括溫 室氣體和其他廢氣在內的任何物質，無需燃料、無噪聲，屬于真正綠色可再生能源。此外光 伏發(fā)電還可以很容易地與建筑物相結合，組成光伏、建筑一體化發(fā)電系統，無需單獨占地， 節(jié)省了寶貴的土地資源。
[0006] 光伏并網系統是光伏發(fā)電系統的重要組成部分，單相多級式光伏并網逆變器系統 結構簡單、靈活易用，在光伏發(fā)電應用中占有重要地位。它的輸出端與電網連接，負責將光 伏電池組件產生的不穩(wěn)定的直流電能轉化為穩(wěn)定的交流電能，送至電網。如圖1所示，光伏 組件產生的電能經DC/DC直流-直流調壓后再經直流母線電容CDC以及DC/AC直流交流逆 變器轉換為交流電能，與電網連接，將電能傳輸至電網。
[0007] 轉換效率的提高，是光伏并網逆變器設計最重要的目的之一。光伏組件的輸出特 性曲線具有非線性特征，受到光照強度、環(huán)境溫度、濕度、地域和負載等情況影響，如圖2所 示。而MPPT的工作就是在光伏并網逆變器的輸入端，在外界條件不斷變化的影響下，通過 改變光伏組件兩端的電壓，調整其工作點，使光伏組件始終以最大的功率向逆變器輸送，在 源頭上提高光伏并網逆變器的效率。因而MPPT是光伏發(fā)電系統的關鍵技術之一，具有非常 重要的意義。
[0008] 通常采用的MPPT方法包括固定步長跟蹤法、擾動觀察法、電導增量法、智能MPPT 控制法等。其中擾動觀察法是使用最廣泛的一種MPPT方法。該方法算法簡單，對傳感器精 度要求不高，但卻帶有一些缺點，包括：穩(wěn)態(tài)工作時工作點振蕩，造成功率損失；人為施加 擾動，若外界環(huán)境劇烈變化，會導致系統誤判，造成功率損失，甚至于發(fā)生電壓崩潰。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，與傳統擾動 觀察法相比，沒有人為施加擾動的環(huán)節(jié)，提高了MPPT的跟蹤速度、精度。
[0010] 本發(fā)明所采用的技術方案是：一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，計算 光伏組件輸出功率Ppv，將嵌入式處理器產生的并網電網同步2倍頻信號U(；2與計算得到的 含有100Hz波動影響的光伏組件輸出功率Ppv在一個或數個2倍工頻周期（0. 01秒）內進 行積分，根據結果判斷當前工作點與最大功率點的位置關系，通過線性外推法得到下一步 光伏組件兩端電壓的指令值，調整光伏組件的工作點使其向最大功率點移動，實現最大功 率點跟蹤。
[0011] 具體包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :由嵌入式處理器產生相位與電網電壓同相、頻率是電網電壓頻率2倍的正 弦信號ue2，同時由光伏組件兩端傳感器檢測得到的光伏組件輸出電壓瞬時值uPV、輸出電流 瞬時值iPV，計算得到光伏組件輸出功率瞬時值PPV=uPViPV;
[0013] 步驟2 :當系統工作點穩(wěn)定時，利用嵌入式處理器，在一個或數個100Hz周期，即 0. 01Xn秒內對步驟1得到的％及PPV的乘積進行積分得到Sint:
[0014]
【主權項】
1. 一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，計算光伏組件輸出功率 PPV，將嵌入式處理器產生的并網電壓同步2倍頻信號U(；2與計算得到的含有100Hz波動影響 的光伏組件輸出功率Ppv在一個或數個2倍工頻周期，即0. 01秒內進行積分，根據結果判斷 當前工作點與最大功率點的位置關系，通過線性外推法得到下一步光伏組件兩端電壓的指 令值，調整光伏組件的工作點使其向最大功率點移動，實現最大功率點跟蹤。
2. 如權利要求1所述的一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，具 體包括以下步驟： 步驟1 :由嵌入式處理器產生相位與電網電壓同相、頻率是電網電壓頻率2倍的正弦信 號ue2，同時由光伏組件兩端傳感器檢測得到的光伏組件輸出電壓瞬時值uPV、輸出電流瞬時 值iPV，計算得到光伏組件輸出功率瞬時值PPV=uPViPV; 步驟2 :當系統工作點穩(wěn)定時，利用嵌入式處理器，在一個或數個100Hz周期，即 0. 01Xn秒內對步驟1得到的％及PPV的乘積進行積分得到Sint:
其中，Sint為積分結果，n為參與積分計算的周期總數，n取大于等于1的整數，T= 0. 01s，是100Hz波動的周期； 記錄當前工作點及上一工作點的Sint及UPV，其中UPV為光伏組件兩端電壓的穩(wěn)態(tài)直流 分景?
步驟3 :根據步驟2確定的當前工作點的UPV、Sint及上一工作點的UPV、Sint，采用線性外 推的算法確定下一工作點的UPV，通過調整工作點使工作點向Sint= 0處移動，實現最大功率 點跟蹤。
3. 如權利要求2所述的一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟1中嵌入式處理器的型號為STM32ZBT6。
4. 如權利要求2所述的一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟1中光伏組件輸出電壓瞬時值1^由HT7050A型電壓傳感器測得，輸出電流瞬時值iPV 由MAX471型電流傳感器測得。
5. 如權利要求2所述的一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟2中n的優(yōu)選值為5。
6. 如權利要求2所述的一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟3具體為： 假設當前工作點為A點，對應UPV=U，Sint=S，前一工作點為A^，對應UPV=U^Sint =S0,則： 步驟3. 1 :連接AA。兩點，與橫軸交點為Ui，顯然AJU#AUUi是兩個相似三角形，根據 相似三角形對應邊成比例的公式可知：
其中
這樣就可 以求出U,，即：
步驟3. 2 :以Ui為指令，調整光伏組件的工作點至Ai，S卩：使工作點向Sint= 0處移動； 步驟3. 3 :待工作點穩(wěn)定后，返回步驟2,計算新的當前工作點Sint值，接著用新的 當前工作點八:的UPV、Sint數據與上一工作點A的UPV、Sint數據重復步驟3,當前后兩個工作 點的電壓差AUP/j、于閾值UTH時停止調整工作點，實現最大功率點跟蹤。
7. 如權利要求6所述的一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟3. 2中工作點的調整方法為：對于單相兩級式光伏并網逆變器，通過調整BOOST電路 的占空比D改變叫￥來調整工作點；對于單相單級式光伏并網逆變器，通過調節(jié)并網電流的 指令值來調整工作點。
8. 如權利要求6所述的一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟3. 3中的閾值UTH不超過最大功率點處電壓U^p的5%，即UTH< 5%U^。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，計算光伏組件輸出功率PPV，將嵌入式處理器產生的并網電壓同步2倍頻信號uG2與計算得到的含有100Hz波動影響的光伏組件輸出功率PPV在一個或數個2倍工頻周期(0.01秒)內進行積分，根據結果判斷當前工作點與最大功率點的位置關系，通過線性外推法得到下一步光伏組件兩端電壓的指令值，調整光伏組件的工作點使其向最大功率點移動，實現最大功率點跟蹤。本發(fā)明一種基于并網功率波動的線性外推MPPT方法，與傳統擾動觀察法相比，沒有人為施加擾動的環(huán)節(jié)，提高了MPPT的跟蹤速度、精度。
【IPC分類】G05F1-67, H02J3-38
【公開號】CN104617595
【申請?zhí)枴緾N201510030219
【發(fā)明人】陳增祿, 曹立航, 胡秀芳, 張俊奇, 方日
【申請人】西安工程大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月21日