基于擾動(dòng)觀察的最大功率點(diǎn)跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的基于擾動(dòng)觀察的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，首先對(duì)光伏陣列電壓、電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流信號(hào)進(jìn)行采樣；其次建立單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型；最后對(duì)單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤。本發(fā)明只需對(duì)光伏陣列電壓進(jìn)行檢測(cè)，以并網(wǎng)參考電流幅值信號(hào)Iref作為并網(wǎng)逆變器輸出功率的等價(jià)信號(hào)，有效地降低了采樣量化誤差對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤算法的影響，解決了傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法在單級(jí)式的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中控制策略穩(wěn)定性差以及母線電壓崩潰或輸出功率振蕩的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】基于擾動(dòng)觀察的最大功率點(diǎn)跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能分布式可再生新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及ー種適合單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略，具體涉及ー種基于擾動(dòng)觀察的最大功率點(diǎn)跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏電池的輸出功率特性具有很強(qiáng)的非線性,其最大輸出功率及最大輸出功率點(diǎn)電壓與電流隨著溫度、光照強(qiáng)度、光照的不均衡度等因素變化。只有采用有效的最大功率點(diǎn)跟蹤算法，才能提高光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)光伏電池組件電能的利用率。
[0003]目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤的方法有很多:定電壓法、擾動(dòng)觀察法、増量電導(dǎo)法、短路電流法等等，但是這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。普通的擾動(dòng)觀測(cè)法多為ー階的控制策略，通過(guò)改變相關(guān)的控制量，使得光伏陣列的輸出功率或ー些相關(guān)變量發(fā)生變化，通過(guò)判斷變化前后這些變量在曲線上的位置確定下一步的控制方式，從而使得系統(tǒng)工作點(diǎn)逐步向最大功率點(diǎn)靠近。這種控制方式在雙級(jí)或離線式的光伏逆變器中是可行的，但是在單級(jí)式的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中其控制策略穩(wěn)定性差，將會(huì)導(dǎo)致母線電壓崩潰或輸出功率振蕩，系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于擾動(dòng)觀察的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，解決了傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法在單級(jí)式的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中控制策略穩(wěn)定性差以及母線電壓崩潰或輸出功率振蕩的問(wèn)題，而且不受算法數(shù)字化的影響。
[0005]本發(fā)明所采用 的技術(shù)方案是:基于擾動(dòng)觀察的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0006]步驟1:對(duì)光伏陣列電壓、電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流信號(hào)進(jìn)行采樣；
[0007]步驟2:建立單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型；
[0008]步驟3:對(duì)單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤。
[0009]本發(fā)明的特點(diǎn)還在干，
[0010]其中的步驟2建立單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0011]以iPV、i。、iout分別表示光伏陣列輸出瞬時(shí)電流、直流濾波電容瞬時(shí)充電電流以及濾波電容后面部分電路的瞬時(shí)電流，Vpv表不光伏陣列輸出瞬時(shí)電壓，Pout為光伏陣列瞬時(shí)輸出功率，則:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.基于擾動(dòng)觀察的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1:對(duì)光伏陣列電壓、電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流信號(hào)進(jìn)行采樣； 步驟2:建立單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型； 步驟3:對(duì)單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擾動(dòng)觀察的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟2建立單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，具體按照以下步驟實(shí)施: 以iPV、ic> iwt分別表示光伏陣列輸出瞬時(shí)電流、直流濾波電容瞬時(shí)充電電流以及濾波電容后面部分電路的瞬時(shí)電流,Vpv表不光伏陣列輸出瞬時(shí)電壓，Pout為光伏陣列瞬時(shí)輸出功率，則:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擾動(dòng)觀察的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟3對(duì)單級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，具體按照以下步驟實(shí)施: (1)光伏陣列輸出功率信息的獲取: 由于通過(guò)電流控制器控制可使并網(wǎng)逆變器輸出電流實(shí)時(shí)跟蹤參考電流信號(hào)，且電網(wǎng)電壓通常情況下是穩(wěn)定的，所以參考電流幅值しf與并網(wǎng)逆變器輸出功率成正比；又由于并網(wǎng)逆變器輸出功率與光伏陣列輸出功率也存在正比例關(guān)系，因此穩(wěn)態(tài)情況下用參考電流幅值信號(hào)IMf代替光伏陣列輸出功率的等價(jià)信號(hào)，該穩(wěn)態(tài)情況是指陣列實(shí)際輸出電壓跟蹤到參考電壓后的情況； (2)光伏陣列輸出電壓控制: 給定電壓值Vref與采樣電壓值Vpv的誤差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，PI調(diào)節(jié)器的輸出作為并網(wǎng)電流幅值的給定，通過(guò)控制并網(wǎng)功率對(duì)母線電壓進(jìn)行控制；PI調(diào)節(jié)器通過(guò)比例環(huán)節(jié)kup與積分環(huán)節(jié)kui實(shí)現(xiàn)；Ginv(s)是包括電流控制環(huán)節(jié)在內(nèi)的并網(wǎng)逆變器環(huán)節(jié)，Iref是該環(huán)節(jié)給定電流信號(hào)的幅值；Iinv是并網(wǎng)輸出電流，它與電網(wǎng)電壓 id的乘積是并網(wǎng)輸出功率Pwt ;Pout 與 Vpv 的關(guān)系簡(jiǎn)化為:VpV=fPVC(VPV (O)，Pout)； (3)采用擾動(dòng)觀察進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤: 以光伏陣列輸出電壓為調(diào)芐基準(zhǔn)，根據(jù)不同的輸出功率等級(jí)采用不同的擾動(dòng)帶寬對(duì)光伏陣列參考電壓信號(hào)進(jìn)行擾動(dòng)，并觀測(cè)對(duì)比擾動(dòng)帶寬內(nèi)的參考電流變化以確定電壓擾動(dòng)的方向:VMf為光伏陣列參考電壓,Vpv*光伏陣列輸出電壓米樣信號(hào),eviVMf與Vpv的誤差信號(hào)，Vrefs是電壓擾動(dòng)范圍內(nèi)的中心點(diǎn)電壓，dV是電壓擾動(dòng)量，Jmx是正向擾動(dòng)帶寬，LOR代表擾動(dòng)方向，Im為擾動(dòng)周期內(nèi)得到的最大しf值，しf作為并網(wǎng)參考電流信號(hào)的幅值給定或有功電流信號(hào)的幅值給定；通過(guò)增量式PI控制使ev趨于0，當(dāng)Vpv穩(wěn)定跟蹤VMf后，以Iref替代光伏陣列輸出功率作為觀測(cè)量；如果本次しf值大于Im值，則將此時(shí)的しf值賦給し同時(shí)把此時(shí)的電壓VMf賦給VMfs，作為電壓擾動(dòng)的中心值，然后以VMfs為基礎(chǔ)，繼續(xù)對(duì)Vref進(jìn)行dV大小的電壓擾動(dòng)，當(dāng)擾動(dòng)量dV達(dá)到擾動(dòng)上限Jmx或擾動(dòng)下限-Jmx時(shí)為了防止無(wú)法繼續(xù)實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)，須對(duì)變換擾動(dòng)方向；如果本次Iref值小于等于Im值，則繼續(xù)對(duì)進(jìn)行擾動(dòng)；Jmx的大小由IMf的大小確定，由于隨著功率的下降，單位IMf的變化會(huì)引起更大陣列電壓的變化，隨著功率的下降，擾動(dòng)帶寬Jmx也隨之増大，以引起Iref的變化，進(jìn)行觀察比較，相當(dāng)于變步長(zhǎng)控 制。
【文檔編號(hào)】G05F1/67GK103455081SQ201310363022
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西安理工大學(xué)