一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法技术

本发明专利技术公开了一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，计算光伏组件输出功率PPV，将嵌入式处理器产生的并网电压同步2倍频信号uG2与计算得到的含有100Hz波动影响的光伏组件输出功率PPV在一个或数个2倍工频周期(0.01秒)内进行积分，根据结果判断当前工作点与最大功率点的位置关系，通过线性外推法得到下一步光伏组件两端电压的指令值，调整光伏组件的工作点使其向最大功率点移动，实现最大功率点跟踪。本发明专利技术一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，与传统扰动观察法相比，没有人为施加扰动的环节，提高了MPPT的跟踪速度、精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法
本专利技术属于光伏并网逆变器最大功率点跟踪(MPPT)
，具体涉及一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法。
技术介绍
上个世纪以来，随着石油、煤炭和天然气为代表的化石能源的逐渐消耗以及化石能源燃烧，造成环境问题日趋严峻，世界能源结构由以化石能源为主导向大力发展非化石能源的转变势在必行。我国作为一个资源大国，同时也是世界上最大的发展中国家，能源结构的优化还有很长的路要走。根据最新的资料显示，2013年中国一次能源生产总量34亿吨标煤，居世界第一，其中煤炭产量占世界的47.5％，石油产量占5％，天然气产量占3.2％，非化石能源产量占15.3％，电力装机占24.5％，非化石能源消费占能源消费总量的9.8％，非化石能源装机总量占电力装机总量的30.9％，目前，风电并网容量累计达到8123万千瓦，位列世界前茅，光伏发电增长强劲，装机容量达到2242万千瓦。国家主席习近平在APEC工商领导人峰会的演讲中，以及APEC第二十二次领导人非正式会议上的开幕辞里，两次提及“能源革命”，并将其与科技革命、产业革命并列为新一轮全球性的“革命”。中美发布的“气候变化和清洁能源合作的联合声明”，宣布了中国在2020年之后的气候变化行动。这是中国首次正式提出温室气体排放峰值将于2030年左右到来，并提出非化石能源占一次能源消费比例从2020年的15％提升到2030年20％左右。光伏发电作为非化石能源的重要组成部分，具有其独特的优势条件。首先，太阳能资源储量巨大。太阳照射地球的功率达80万千瓦/每秒，假如将地球表面0.1％的太阳能转为电能，转换效率5％，则每年发电量可达5.6×1012kWh，相当于全球能耗的40倍。其次，太阳能发电系统不受地域、海拔等因素的限制，并且太阳能光伏发电本身不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质，无需燃料、无噪声，属于真正绿色可再生能源。此外光伏发电还可以很容易地与建筑物相结合，组成光伏、建筑一体化发电系统，无需单独占地，节省了宝贵的土地资源。光伏并网系统是光伏发电系统的重要组成部分，单相多级式光伏并网逆变器系统结构简单、灵活易用，在光伏发电应用中占有重要地位。它的输出端与电网连接，负责将光伏电池组件产生的不稳定的直流电能转化为稳定的交流电能，送至电网。如图1所示，光伏组件产生的电能经DC/DC直流-直流调压后再经直流母线电容CDC以及DC/AC直流交流逆变器转换为交流电能，与电网连接，将电能传输至电网。转换效率的提高，是光伏并网逆变器设计最重要的目的之一。光伏组件的输出特性曲线具有非线性特征，受到光照强度、环境温度、湿度、地域和负载等情况影响，如图2所示。而MPPT的工作就是在光伏并网逆变器的输入端，在外界条件不断变化的影响下，通过改变光伏组件两端的电压，调整其工作点，使光伏组件始终以最大的功率向逆变器输送，在源头上提高光伏并网逆变器的效率。因而MPPT是光伏发电系统的关键技术之一，具有非常重要的意义。通常采用的MPPT方法包括固定步长跟踪法、扰动观察法、电导增量法、智能MPPT控制法等。其中扰动观察法是使用最广泛的一种MPPT方法。该方法算法简单，对传感器精度要求不高，但却带有一些缺点，包括：稳态工作时工作点振荡，造成功率损失；人为施加扰动，若外界环境剧烈变化，会导致系统误判，造成功率损失，甚至于发生电压崩溃。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，与传统扰动观察法相比，没有人为施加扰动的环节，提高了MPPT的跟踪速度、精度。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，计算光伏组件输出功率PPV，将嵌入式处理器产生的并网电网同步2倍频信号uG2与计算得到的含有100Hz波动影响的光伏组件输出功率PPV在一个或数个2倍工频周期(0.01秒)内进行积分，根据结果判断当前工作点与最大功率点的位置关系，通过线性外推法得到下一步光伏组件两端电压的指令值，调整光伏组件的工作点使其向最大功率点移动，实现最大功率点跟踪。具体包括以下步骤：步骤1：由嵌入式处理器产生相位与电网电压同相、频率是电网电压频率2倍的正弦信号uG2，同时由光伏组件两端传感器检测得到的光伏组件输出电压瞬时值uPV、输出电流瞬时值iPV，计算得到光伏组件输出功率瞬时值PPV＝uPViPV；步骤2：当系统工作点稳定时，利用嵌入式处理器，在一个或数个100Hz周期，即0.01×n秒内对步骤1得到的uG2及PPV的乘积进行积分得到Sint：其中，Sint为积分结果，n为参与积分计算的周期总数，n取大于等于1的整数，T＝0.01s，是100Hz波动的周期；记录当前工作点及上一工作点的Sint及UPV，其中UPV为光伏组件两端电压的稳态直流分量：步骤3：根据步骤2确定的当前工作点的UPV、Sint及上一工作点的UPV、Sint，采用线性外推的算法确定下一工作点的UPV，通过调整工作点使工作点向Sint＝0处移动，实现最大功率点跟踪。本专利技术的特点还在于，步骤1中嵌入式处理器的型号为STM32ZBT6。步骤1中光伏组件输出电压瞬时值uPV由HT7050A型电压传感器测得，输出电流瞬时值iPV由MAX471型电流传感器测得。步骤2中n的优选值为5。步骤3具体为：假设当前工作点为A点，对应UPV＝U，Sint＝S，前一工作点为A0，对应UPV＝U0，Sint＝S0，则：步骤3.1：连接AA0两点，与横轴交点为U1，显然A0U0U1与AUU1是两个相似三角形，根据相似三角形对应边成比例的公式可知：其中这样就可以求出U1，即：步骤3.2：以U1为指令，调整光伏组件的工作点至A1，即：使工作点向Sint＝0处移动；步骤3.3：待工作点稳定后，返回步骤2，计算新的当前工作点A1的Sint值，接着用新的当前工作点A1的UPV、Sint数据与上一工作点A的UPV、Sint数据重复步骤3，当前后两个工作点的电压差ΔUPV小于阈值UTH时停止调整工作点，实现最大功率点跟踪。步骤3.2中工作点的调整方法为：对于单相两级式光伏并网逆变器，通过调整BOOST电路的占空比D改变UPV来调整工作点；对于单相单级式光伏并网逆变器，通过调节并网电流的指令值来调整工作点。步骤3.3中的阈值UTH不超过最大功率点处电压UMPP的5％，即UTH≤5％UMPP。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，利用光伏并网逆变器并网工作产生的扰动来寻找最大功率点，消除了人为施加扰动的环节，降低了MPPT误判的可能性；以一个或数个波动周期内多次采样数据的和作为判断依据，降低了传感器以及系统误差对结果的影响，提高了MPPT的准确性；采用线性外推的方法以及合理的阈值设定，在保证MPPT效率的前提下，提高了跟踪速度和精度、实现了稳态无振荡，尤其适用于单相光伏并网逆变器的MPPT。附图说明图1是单相两级式光伏并网系统的原理示意图；图2是不同外界条件下的光伏组件工作特性功率-电压(P-U)曲线；图3是单相两级式光伏并网逆变系统的拓扑结构图；图4是光伏组件的功率-电压(P-U)特性曲线；图5是不同工作区域光伏组件输出功率波形对比图；图6是本专利技术一种基于并网功率波动的线性外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，其特征在于，计算光伏组件输出功率PPV，将嵌入式处理器产生的并网电压同步2倍频信号uG2与计算得到的含有100Hz波动影响的光伏组件输出功率PPV在一个或数个2倍工频周期，即0.01秒内进行积分，根据结果判断当前工作点与最大功率点的位置关系，通过线性外推法得到下一步光伏组件两端电压的指令值，调整光伏组件的工作点使其向最大功率点移动，实现最大功率点跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，其特征在于，计算光伏组件输出功率PPV，将嵌入式处理器产生的并网电压同步2倍频信号uG2与计算得到的含有100Hz波动影响的光伏组件输出功率PPV在一个或数个2倍工频周期，即0.01秒内进行积分，根据积分结果判断当前工作点与最大功率点的位置关系，通过线性外推法得到下一步光伏组件两端电压的指令值，调整光伏组件的工作点使其向最大功率点移动，实现最大功率点跟踪；具体包括以下步骤：步骤1：由嵌入式处理器产生相位与电网电压同相、频率是电网电压频率2倍的正弦信号uG2，同时由光伏组件两端传感器检测得到的光伏组件输出电压瞬时值uPV、输出电流瞬时值iPV，计算得到光伏组件输出功率瞬时值PPV＝uPViPV；步骤2：当系统工作点稳定时，利用嵌入式处理器，在一个或数个100Hz周期，即0.01×n秒内对步骤1得到的uG2及PPV的乘积进行积分得到Sint：其中，Sint为积分结果，n为参与积分计算的周期总数，n取大于等于1的整数，T＝0.01s，是100Hz波动的周期；记录当前工作点及上一工作点的Sint及UPV，其中UPV为光伏组件两端电压的稳态直流分量：步骤3：根据步骤2确定的当前工作点的UPV、Sint及上一工作点的UPV、Sint，采用线性外推的算法确定下一工作点的UPV，通过调整工作点使工作点向Sint＝0处移动，实现最大功率点跟踪。2.如权利要求1所述的一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，其特征在于，所述步骤1中嵌入式处理器的型号为STM32ZBT6。3.如权利要求1所述的一种基于并网功率波动的线性外推MPPT方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈增禄，曹立航，胡秀芳，张俊奇，方日，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61