應(yīng)用于多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點追蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了應(yīng)用于多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法，首先對光伏陣列電壓、直流母線電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓進行采樣；其次對多級式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行建模，并分析得出系統(tǒng)的穩(wěn)定性工作條件；最后對多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行最大功率點跟蹤。本發(fā)明方法穩(wěn)態(tài)條件下能夠快速準確地實現(xiàn)最大功率點跟蹤，僅需對陣列輸出電壓進行采樣與觀測，其實現(xiàn)成本低，算法簡單可靠，且能有效避免母線電壓崩潰現(xiàn)象；而且該算法不受光照強弱的影響，可以實現(xiàn)全功率段的有效穩(wěn)態(tài)跟蹤；另外不會受到采樣量化誤差的影響，且控制量精度越高，還可根據(jù)系統(tǒng)輸出功率值采用變步長法實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)條件下的快速跟蹤。
【專利說明】應(yīng)用于多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點追蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能分布式可再生新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種應(yīng)用于多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點追蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏電池的輸出功率特性具有很強的非線性,其最大輸出功率及最大輸出功率點電壓與電流隨著溫度、光照強度、光照的不均衡度等因素變化。采用有效的最大功率點跟蹤算法，才能提高光伏發(fā)電系統(tǒng)對光伏電池組件電能的利用率。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)最大功率點跟蹤的方法有很多:定電壓法、擾動觀察法、增量電導(dǎo)法、智能MPPT以及很多的新型算法等等，但是這些方法各有其優(yōu)缺點及適用范圍，定電壓法是一種開環(huán)MPPT算法，控制簡單快速，但由于忽略了溫度對光伏電池板輸出電壓的影響，因此，溫差越大，定電壓發(fā)的跟蹤誤差越大；擾動觀察法具有控制概念清晰、簡單、被測參數(shù)少等優(yōu)點，但是電壓初始值及擾動電壓步長對跟蹤精度與速度有較大影響；增量電導(dǎo)法的主要優(yōu)點是控制穩(wěn)定度高，當外部環(huán)境參數(shù)變化時，系統(tǒng)能平穩(wěn)的追蹤其變化，且與光伏電池的特性與參數(shù)無關(guān)，但是其對控制系統(tǒng)的要求較高，另外，電壓初始值對系統(tǒng)啟動過程中的跟蹤性能有較大影響；智能MPPT設(shè)計過程比較復(fù)雜，不易于編程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法，穩(wěn)態(tài)條件下能夠快速準確地實現(xiàn)最大功率點跟蹤，僅需對陣列輸出電壓進行采樣與觀測，且能有效避免母線電壓崩潰現(xiàn)象，而且該方法不受光照強弱的影響，可以實現(xiàn)全功率段的有效穩(wěn)態(tài)跟蹤。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，應(yīng)用于多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法，具體按照以下步驟實施:
[0005]步驟1:對光伏陣列電壓、直流母線電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓進行采樣；
[0006]步驟2:對多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行建模，并分析得出系統(tǒng)的穩(wěn)定性工作條件;
[0007]步驟3:對多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行最大功率點跟蹤。
[0008]本發(fā)明的特點還在于，
[0009]其中的步驟2對多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行建模，并分析得出系統(tǒng)的穩(wěn)定性工作條件，具體按照以下步驟實施:
[0010]用可控直流電壓源代表直流母線，控制其電壓為母線電壓給Svd_f，將DC_DC變
換器等效為理想的直流變壓器，變壓器變比滿足& = ^7，由于Vpv隨著光伏陣列的工作點
而改變，所以變壓器為可調(diào)變比的，將逆變并網(wǎng)部分直接等效為電流源；忽略防反充二極管的壓降，電容C兩端的電壓與光伏陣列電壓相等，以iPV、L、i分別表示光伏陣列輸出瞬時電流、直流濾波電容瞬時充電電流以及濾波電容后面部分電路的瞬時電流，Vpv表示光伏陣列輸出瞬時電壓，Pm為給定瞬時并網(wǎng)功率，忽略并網(wǎng)無功功率的影響，以P1和P2分別表示變壓器原邊和副邊的功率，P1與P2相等，Pdc表示直流母線的功率流動量，則:
【權(quán)利要求】
1.應(yīng)用于多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施: 步驟1:對光伏陣列電壓、直流母線電壓、并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓進行采樣； 步驟2:對多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行建模，并分析得出系統(tǒng)的穩(wěn)定性工作條件； 步驟3:對多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行最大功率點跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟2對多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行建模，并分析得出系統(tǒng)的穩(wěn)定性工作條件，具體按照以下步驟實施: 用可控直流電壓源代表直流母線，控制其電壓為母線電壓給，將DC_DC變換器等效為理想的直流變壓器，變壓器變比滿足K= Vdcref/Vpv，由于Vpv隨著光伏陣列的工作點而改

變，所以變壓器為可調(diào)變比的，將逆變并網(wǎng)部分直接等效為電流源；忽略防反充二極管的壓降，電容c兩端的電壓與光伏陣列電壓相等，以iPV、i。、i分別表示光伏陣列輸出瞬時電流、直流濾波電容瞬時充電電流以及濾波電容后面部分電路的瞬時電流，Vpv表示光伏陣列輸出瞬時電壓，Pm為給定瞬時并網(wǎng)功率，忽略并網(wǎng)無功功率的影響，以P1和P2分別表示變壓器原邊和副邊的功率，P1與P2相等，Pdc表示直流母線的功率流動量，則:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟3對多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行最大功率點跟蹤，具體按照以下步驟實施: 利用DC_DC變換器實現(xiàn)母線穩(wěn)壓控制，選用Boost電路，采用母線電壓外環(huán)加電感電流內(nèi)環(huán)控制，外環(huán)采用PI控制器，內(nèi)環(huán)采用P控制器，利用并網(wǎng)逆變器實現(xiàn)最大功率點跟蹤，在光伏陣列電壓穩(wěn)定工作時以一定步長給并網(wǎng)功率值施加一個正擾動信號，若光伏陣列電壓下降速率逐漸減小并再次趨于穩(wěn)定，則證明光伏陣列輸出電壓位于最大輸出功率點電壓右側(cè)，此時繼續(xù)給并網(wǎng)功率施加正擾動；若陣列電壓下降速率逐漸增大，電壓值無法穩(wěn)定，則證明光伏陣列工作點在最大功率點左側(cè)，此時對并網(wǎng)功率施加負擾動，使光伏陣列工作電壓恢復(fù)至最大功率點電壓右側(cè)，穩(wěn)定后繼續(xù)以一定步長給并網(wǎng)功率施加正擾動使光伏陣列工作電壓點趨于最大功率點電壓；在光伏陣列輸出電壓變化過程中，不對并網(wǎng)功率進行改變。
【文檔編號】G05F1/67GK103472885SQ201310362304
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】張琦, 孫向東, 郭列, 安少亮, 任碧瑩, 楊慧 申請人:西安理工大學(xué)