一种用于太阳能发电的MPPT方法技术

普适性强，原理简单，性能优越的一种用于太阳能发电的MPPT方法，A.控制变换器输出功率PL为0；B.每周期T1增加变换器输出功率，PLn＝PLn‑1+△P1，PLn‑1、PLn分别为相邻前、后周期内变换器输出功率，△P1为周期T1内变换器输出功率增加值；C.每周期T2检测光伏电池板输出功率PPV和输出电压VC，若ΔPpv·ΔVC＞0，则减小变换器输出功率，PLn＝PLn‑1‑△P2，△Ppv、△Vc分别为相邻前、后周期光伏电池板输出功率增加值、输出电压增加值，△P2为周期T2内变换器输出功率减小值。本发明专利技术适用于太阳能光伏电池板功率控制。

A MPPT method for solar power generation

\u666e\u9002\u6027\u5f3a\uff0c\u539f\u7406\u7b80\u5355\uff0c\u6027\u80fd\u4f18\u8d8a\u7684\u4e00\u79cd\u7528\u4e8e\u592a\u9633\u80fd\u53d1\u7535\u7684MPPT\u65b9\u6cd5\uff0cA.\u63a7\u5236\u53d8\u6362\u5668\u8f93\u51fa\u529f\u7387PL\u4e3a0\uff1bB.\u6bcf\u5468\u671fT1\u589e\u52a0\u53d8\u6362\u5668\u8f93\u51fa\u529f\u7387\uff0cPLn\uff1dPLn\u20111+\u25b3P1\uff0cPLn\u20111\u3001PLn\u5206\u522b\u4e3a\u76f8\u90bb\u524d\u3001\u540e\u5468\u671f\u5185\u53d8\u6362\u5668\u8f93\u51fa\u529f\u7387\uff0c\u25b3P1\u4e3a\u5468\u671fT1\u5185\u53d8\u6362\u5668\u8f93\u51fa\u529f\u7387\u589e\u52a0\u503c\uff1bC.\u6bcf\u5468\u671fT2\u68c0\u6d4b\u5149\u4f0f\u7535\u6c60\u677f\u8f93\u51fa\u529f\u7387PPV\u548c\u8f93\u51fa\u7535\u538bVC\uff0c\u82e5\u0394Ppv\u00b7\u0394VC\uff1e0\uff0c\u5219\u51cf\u5c0f\u53d8\u6362\u5668\u8f93\u51fa\u529f\u7387\uff0cPLn\uff1dPLn\u20111\u2011\u25b3P2\uff0c\u25b3Ppv\u3001\u25b3Vc\u5206\u522b\u4e3a\u76f8\u90bb\u524d\u3001\u540e\u5468\u671f\u5149\u4f0f\u7535\u6c60\u677f\u8f93\u51fa\u529f\u7387\u589e\u52a0\u503c\u3001\u8f93\u51fa\u7535\u538b\u589e\u52a0\u503c\uff0c\u25b3P2\u4e3a\u5468\u671fT2\u5185\u53d8\u6362\u5668\u8f93\u51fa\u529f\u7387\u51cf\u5c0f\u503c\u3002 The invention is suitable for the power control of solar photovoltaic panels.

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能发电的MPPT方法
本专利技术属于新能源发电领域，涉及太阳能发电的最大功率点追踪(MPPT)控制。
技术介绍
随着石化能源的不断消耗和环境污染问题的日益严峻，人类对清洁可再生的新能源的需求不断增长。太阳能因为其分布广、易获取、清洁高效和可持续等特性成为新能源研究的热点。太阳能电池板是太阳能转化为电能的媒介。电阳能电池板输出具有非线性，其P-V曲线呈单峰特性。为了最大程度的获取太阳能，需要要太阳能电池板工作在最大功率点(MPP)。现在主流的MPPT方法大多采用扰动观察法(P&O)和电导增量法(INC)及其一些改进方法(如变步长，零振荡等)。这两种方法原理简单易懂且实现方便。但这两种方法有一些共同的缺点：1.扰动速度和精度无法兼顾；2.在稳态工作点会因振荡而损失能量；3.只能工作在最大功率点，在有功率平衡需求的场合无法实现与负载功率的自平衡；4.当光照变化的时候存在对负载的功率冲击。这些缺点是算法本身固有的，只能被改进但不能被消除。因此还有一些其他的方法如FuzzyLogic、神经网络算法等，但这些算法十分复杂，因此采用的并不多。
技术实现思路
本专利技术要解决现有技术中太阳能发电的MPPT方法存在的上述问题，包括扰动速度和精度无法兼顾，稳态工作时会因振荡而损失能量，输出功率无法实现与负载功率的自平衡以及光照变化的时候存在对负载的功率冲击等。本专利技术为解决所述问题提出一种用于太阳能发电的新的MPPT方法，该方法普遍适用于各类光伏应用系统，且原理简单，性能优越。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案其特殊之处在于：A.控制变换器输出功率PL为0；B.每周期T1增加变换器输出功率，PLn＝PLn-1+△P1，PLn-1、PLn分别为相邻前、后周期内变换器输出功率，△P1为周期T1内变换器输出功率增加值；C.每周期T2检测光伏电池板输出功率PPV和输出电压VC，若ΔPpv·ΔVC＞0，则减小变换器输出功率，PLn＝PLn-1-△P2，△Ppv、△Vc分别为相邻前、后周期光伏电池板输出功率增加值、输出电压增加值，△P2为周期T2内变换器输出功率减小值。本专利技术所述T1宜远大于T2，△P1大于或等于△P2。进一步，本专利技术设置光伏电池板输出低限电压阈值Voff，当检测到光伏电池板输出电压VC下降到Voff，将变换器输出功率减小至0，系统转为重新启动。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。附图说明图1是常见光伏系统结构示意框图；图2是光伏电池板P-V特性曲线图；图3(a)是光伏系统工作在特性曲线左平面，变换器功率增加时工作特性图；图3(b)是光伏系统工作在特性曲线左平面，变换器功率减小时工作特性图；图3(c)是光伏系统工作在特性曲线右平面，变换器功率增加时工作特性图；图3(d)是光伏系统工作在特性曲线右平面，变换器功率减小时工作特性图；图4是本专利技术步骤逻辑图。具体实施方式传统方法都是通过控制变换器的输入电压(即光伏板的输出电压，或称工作电压)来实现MPPT。本专利技术通过直接控制变换器的功率变化来实现MPPT。所述变换器为图1所示DC/DC或DC/AC变换器。具体实现为：变换器控制本身就是平衡功率的过程。在负载确定的情况下，如DC或AC母线，电阻，电池等结构，总可以找到表征功率大小的变量用于间接的功率控制(如负载是电压母线时，控制负载电流大小即控制功率大小)。因此变换器的功率变化是直接可控的，这也是该方法的基础。进一步，常见光伏系统结构可表述为附图1所示结构。其中图块PV为太阳能光伏电池板，图块DC/DCorAC为变换器，可以是DC/DC或DC/AC变换器，图块Load为各类型的负载，PPV为光伏电池板输出功率，PL为变换器功率(不考虑变换器自身损耗，应认为变换器的输入和输出功率是相等的，所以后文变换器输出功率和输入功率以及负载功率统称为变换器功率，不再赘述)，VC为电池板输出电压，PC为电容充电功率。该结构可以涵盖目前几乎所有类型的光伏应用场合，因此具有通用性。进一步，本方法采样光伏电池板输出电压、电流以及控制变换器功率增减的方式来实现MPPT。其原理如下：光伏电池板特性曲线如附图2所示。该P-V曲线为单峰曲线，最大功率点(MPP)将曲线对应平面分为左、右两个平面。在左平面，电池板输出功率随输出电压增大而增大，在右平面，电池板输出功率随输出电压增大而减小。由图1可知，有等式(1)恒成立：PL＝PPV－PC(1)进一步，结合图3，分析图1所示系统在图2左右平面工作状态。图3(a)中，当系统稳定工作在左平面某点Ppv处时，若控制变换器功率PL增大到PL1，此时PC<0,电容放电→电池板输出电压降低→电池板输出功率降低→电容电压进一步升高，最终导致电池板输出功率迅速降到0，电路失控；图3(b)中，当系统稳定工作在左平面某点Ppv处时，控制变换器功率PL减小到PL2，此时PC>0,电容充电→电池板输出电压升高→电池板输出功率升高→电容电压进一步下降，最终电池板工作点将沿P-V曲线越过MPP到达右平面稳态工作点SOP(SteadyOperatingPoint，SOP)处，系统进入新的稳态；图3(c)中，当系统稳定工作在右平面某点Ppv处时，若控制变换器功率PL增大到PL3，此时PC<0,电容放电→电池板输出电压降低→电池板输出功率增大→达到Ppv＝PL3时系统进入稳态；图3(d)中，当系统稳定工作在右平面某点Ppv处时，若控制变换器功率PL减小到PL4，此时PC>0,电容充电→电池板输出电压升高→电池板输出功率减小→达到Ppv＝PL4时系统进入稳态。综上所述可知，通过功率控制的方法，光伏电池板在左平面无法稳定工作，在右平面各个功率点都完全可控的。进一步，由上分析可知光伏电池板在左、右平面具有如下表1所示工作特性：(“↑”表示增大，“↓”表示减小)。表1左、右平面的界线即图2、3中最大功率点MPP纵向对应线。因此根据上表检测相应变量，判断系统工作所在平面，当系统工作点在左、右平面临界点时，即为最大功率点。进一步，具体MPPT实现方法可以概括为：A.初始PL→0，使系统工作在右平面近开路工作点；B.定周期T1增加PL，使PLn＝PLn-1+△P1；C.定周期T2根据表1检测Vc和Ppv并判断系统是否工作在左平面，若是则执行PLn＝PLn-1-△P2，并返回步骤2；若否则直接返回步骤2；系统工作在左平面依据ΔPpv·ΔVC＞0。其逻辑框图如图4所示。进一步，需注意，B、C步骤独立运行，有着各自的运行周期，没有先后顺序之分，各自独立对PL产生影响。B周期T1应远大于C的周期T2，以确保每一次扰动过程内能准确检测出此时系统工作点所处平面，避免误操作。进一步，B中对于PL的增量△P1应大于C中对于PL的减小量△P2。进一步，针对上文分析中可能提到的失控现象如附图3a所示，应设置一电压下限Voff，当检测VC低于该阈值电压时，重启系统。本专利技术应用于太阳能发电的MPPT控制中，提出了一种新的MPPT方法。该方法原理简单易于实现。相比传统的最常用的P&O和INC方法，本专利技术的方法具有如下优势：1.能工作在右平面全域的工作点(传统的P&O和INC方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于太阳能发电的MPPT方法，其特征在于：A.控制变换器输出功率PL为0；B.每周期T1增加变换器输出功率，PLn＝PLn‑1+△P1，PLn‑1、PLn分别为相邻前、后周期内变换器输出功率，△P1为周期T1内变换器输出功率增加值；C.每周期T2检测光伏电池板输出功率PPV和输出电压VC，若ΔPpv·ΔVC＞0，则减小变换器输出功率，PLn＝PLn‑1‑△P2，△Ppv、△Vc分别为相邻前、后周期光伏电池板输出功率增加值、输出电压增加值，△P2为周期T2内变换器输出功率减小值。

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳能发电的MPPT方法，其特征在于：A.控制变换器输出功率PL为0；B.每周期T1增加变换器输出功率，PLn＝PLn-1+△P1，PLn-1、PLn分别为相邻前、后周期内变换器输出功率，△P1为周期T1内变换器输出功率增加值；C.每周期T2检测光伏电池板输出功率PPV和输出电压VC，若ΔPpv·ΔVC＞0，则减小变换器输出功率，PLn＝PLn-1-△P2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨曦，陈敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33