一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法技术

一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法，包括：以开路电压为起始电压全局扫描；根据旁路二极管导通时串联光伏组件输出电压把多峰P-U曲线划分为单峰P-U区间；无旁路二极管导通P-U曲线为单峰区间；引入公式ΔU(n)＝N*ln|-dI(n+1)/dU(n+1)/[I(n+1)/U(n+1)]|，在各个单峰的0.4倍到0.98倍P-U区间计算得到ΔU(n)关于串联光伏组件输出电压U的直线方程值为0时电压值U0，以U0为起始电压ΔU(n)为步长电压值采用增量电导法跟踪MPP；通过比较得到全局MPP和工作电压。本发明专利技术既能保证串联光伏组件跟踪MPP的快速性和准确性，又能保证减少电路功率震荡和损耗。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法。
技术介绍
：近些年来随着环境生态问题的日益突出，发展清洁能源成为当今经济社会发展的必然趋势，太阳能以其清洁、无污染、无噪声、取之不尽、用之不竭的特点越来越受到世界各国的青睐，我国对光伏产业的投入也越来越多。虽然光伏发电产业规模越来越大，然而光伏发电的利用效率并不是太高，主要问题在于如何合理配置使光伏阵列的输出功率达到最大，进而提出了光伏发电最大功率点跟踪(MPPT)技术。光伏发电过程中部分光伏组件可能受到建筑、树木、阴云等影响出现局部遮挡情况，从而造成部分被遮挡组件不能正常工作，成为负载产生发热现象，造成功率损失，也就是所说的热斑效应，严重时还会造成灾难性事故。为解决光伏阵列局部遮挡引起的热斑效应，往往在光伏组件的两端反向并联一个旁路二极管，这样在光伏组件受到局部遮挡时与之反向并联的旁路二极管就会导通从而把受遮挡光伏组件隔离，避免热斑效应发生。光伏组件两端反向并联旁路二极管虽然很好的解决了热斑效应问题，但是增加了MPPT技术的难度。无旁路二极管情况下，多个串联光伏组件的输出功率-电压曲线只有一个峰值区间，增加反向并联旁路二极管后，不受遮挡时，多个串联光伏组件的输出功率-电压曲线同样只有一个峰值区间，但是局部遮挡情况下，每导通一个旁路二极管就会多出一个峰值区间。对于单峰值MPPT算法，目前技术已经非常成熟，最常规的有恒定电压法、扰动观察法(爬山法)、增量电导法以及它们的一些改进算法，还有差分进化算法、模糊控制算法、神经网络算法等，但是常规的和一般的改进MPPT单峰值算法不能快速准确的跟踪MPP且对于多峰值MPPT问题基本不适用。对于多峰MPPT算法，目前常用算法主要是一些仿生学算法，比如遗传算法、粒子群算法等，遗传算法和粒子群算法都有快速收敛到全局峰值点的优点，但是它们来自仿生学的属性使得其较难理解，同时实现起来较复杂，而且在应用到实际光伏发电系统中时有其固有缺点。
技术实现思路
：本专利技术旨在针对现有的MPPT算法不能快速准确找到串联光伏组件最大功率点，特别是在局部遮挡情况下串联光伏组件输出功率-电压曲线出现多个峰值区间易发生局部寻优及在MPP处出现功率震荡造成能量损失等问题，提出一种将多峰输出功率-电压曲线划分为多个单峰输出功率-电压(P-U)区间，在各个单峰区间快速定位最大功率点附近电压值再采用自适应变步长增量电导法进行MPPT最终跟踪得到全局MPP的方法。按此目的提供一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法，拟采用以下技术方案：本文提供一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法，其特征是是串联光伏组件的每个光伏组件两端反向并联有一个旁路二极管，串联光伏组件在受到局部遮挡时旁路二极管会发生导通，旁路二极管导通时串联光伏组件输出电压值UD为串联光伏组件输出功率-电压(P-U)曲线波谷电压值，根据UD把串联光伏组件受到局部遮挡时的多峰P-U曲线划分为多个单峰P-U区间，在划分的各个单峰P-U区间引入自适应变步长电压公式，如公式(1)所示，ΔU(n)=N*ln|-dI(n+1)/dU(n+1)I(n+1)/U(n+1)|---(1)]]>其中，dU(n+1)＝U(n+1)-U(n)(2)dI(n+1)＝I(n+1)-I(n)(3)公式(1)-(3)中，ΔU(n)表示步长电压，N为正数，表示步长因子，其大小和数量级由实际情况确定，ln表示以e为底的对数，U(n+1)、I(n+1)分别表示当前时刻的采样电压值和采样电流值dU(n+1)、dI(n+1)分别表示当前时刻采样电压值和采样电流值的导数，U(n)、I(n)分别表示前一时刻的采样电压值和采样电流值，n＝1，2，3...；公式(1)的步长电压值在各个单峰P-U区间的最大功率点处为0，且在划分的各个单峰P-U区间的0.4倍到0.98倍P-U区间，公式(1)的步长电压值ΔU(n)关于串联光伏组件输出电压U的曲线可看做一条直线，通过计算得到直线方程值为0时串联光伏组件的输出电压值U0，以U0为起始电压值公式(1)的值为步长电压值，在各个P-U单峰区间采用增量电导法进行最大功率点跟踪(MPPT)，最终得到全局最大功率点Pgmax和Pgmax处的工作电压值Um；串联光伏组件不受局部遮挡时旁路二极管不导通，P-U曲线只有一个单峰区间，根据串联光伏组件受到局部遮挡时在划分的单峰P-U区间的MPPT方法得到Pgmax和Um。不仅解决了光伏组件不受遮挡时的单峰MPPT问题，还把局部遮挡情况下串联光伏组件的多峰P-U区间准确划分为单峰P-U区间，用单峰MPPT方法解决了多峰MPPT问题，快速准确找到全局MPP，还能减少最大功率点附近的震荡和功率损失。所述MPPT方法包括以下步骤：I.在控制器设定与每个光伏组件两端反并联的旁路二极管由关断到导通电压阈值Uref；II.检测存储串联光伏组件两端的开路电压Uoc，以Uoc为起始电压以小步长电压u为步长电压逐次降低串联光伏组件输出电压值，在[0，Uoc]电压区间进行快速全局电压扫描，同时检测每个旁路二极管两端输出电压Ud；III.在全局电压扫描过程中，检测到Ud＝Uref时，即旁路二极管发生由关断到导通时，在控制器采样存储整个串联光伏组件的输出电压值，依次记为V1，V2，...，Vm，其中m不大于整个串联光伏组件中所有反并联的旁路二极管个数减1；IV.经过仿真和实验研究证明，旁路二极管发生由关断到导通时刻串联光伏组件的输出电压也是串联光伏组件P-U曲线波谷处电压值，由此确定局部遮挡情况下串联光伏组件的P-U曲线的波谷处电压值依次也为V1，V2，...，Vm；V.根据确定的串联光伏组件P-U曲线波谷处电压值V1，V2，...，Vm，在串联光伏组件输出功率-电压曲线的[0，Uoc]电压区间划分输出功率-电压单峰区间从右向左依次为[V1，Uoc]，[V2，V1]，...，[0，Vm]；VI.结合公式(1)-(3)，根据增量电导法公式，得到公式(4)，dP(n+1)dU(n+1)=I(n+1)+U(n+1)*dI(n+1)dU(n+1)---(4)]]>其中，P(n+1)＝U(n+1)*I(n+1)(5)dP(n+1)＝P(n+1)-P(n)(6)公式(4)-(6)中，P(n+1)表示当前时刻功率值，dP(n+1)表示当前时刻功率的导数，在每个峰值区间的MPP处必有公式(4)值为0，得到公式(7)：-dI(n+1)/dU(n+1)I(n+1)/U(n+1)=1---(7)]]>根据公式(4)，在各个单峰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法，其特征是串联光伏组件的每个光伏组件两端反向并联有一个旁路二极管，串联光伏组件在受到局部遮挡时旁路二极管会发生导通，旁路二极管导通时串联光伏组件输出电压值UD为串联光伏组件输出功率‑电压(P‑U)曲线波谷电压值，根据UD把串联光伏组件受到局部遮挡时的多峰P‑U曲线划分为多个单峰P‑U区间，在划分的各个单峰P‑U区间引入自适应变步长电压公式，如公式(1)所示，ΔU(n)=N*ln|-dI(n+1)/dU(n+1)I(n+1)/U(n+1)|---(1)]]>其中，dU(n+1)＝U(n+1)‑U(n)                     (2)dI(n+1)＝I(n+1)‑I(n)                     (3)公式(1)‑(3)中，ΔU(n)表示步长电压，N为正数，表示步长因子，其大小和数量级由实际情况确定，ln表示以e为底的对数，U(n+1)、I(n+1)分别表示当前时刻的采样电压值和采样电流值dU(n+1)、dI(n+1)分别表示当前时刻采样电压值和采样电流值的导数，U(n)、I(n)分别表示前一时刻的采样电压值和采样电流值，n＝1，2，3...；公式(1)的步长电压值在各个单峰P‑U区间的最大功率点处为0，且在划分的各个单峰P‑U区间的0.4倍到0.98倍P‑U区间，公式(1)的步长电压值ΔU(n)关于串联光伏组件输出电压U的曲线可看做一条直线，通过计算得到直线方程值为0时串联光伏组件的输出电压值U0，以U0为起始电压值公式(1)的值为步长电压值，在各个P‑U单峰区间采用增量电导法进行最大功率点跟踪(MPPT)，最终得到全局最大功率点Pgmax和Pgmax处的工作电压值Um；串联光伏组件不受局部遮挡时旁路二极管不导通，P‑U曲线只有一个单峰区间，根据所述串联光伏组件受到局部遮挡时在划分的单峰P‑U区间的MPPT方法得到Pgmax和Um；在具体操作时包括以下步骤：I.在控制器设定光伏组件两端反向并联的旁路二极管导通电压阈值Uref；II.以串联光伏组件的开路电压Uoc为起始电压，以小步长电压u为步长电压，在[0，Uoc]区间进行快速全局电压扫描，同时检测每个旁路二极管两端输出电压Ud；III.检测到Uref＝Ud时所述旁路二极管导通，在控制器采样存储整个串联光伏组件的输出电压值，依次记为V1，V2，...，Vm，其中m不大于整个串联光伏组件中所有反向并联的旁路二极管个数减1；IV.根据所述电压值V1，V2，...，Vm，在串联光伏组件P‑U曲线的[0，Uoc]区间划分P‑U单峰区间依次为[V1，Uoc]，[V2，V1]，...，[0，Vm]；V.在所述划分的各个单峰P‑U区间引入自适应变步长电压公式(1)，在所述划分的各个P‑U单峰区间的0.4倍到0.98倍P‑U区间[V1+0.4*(Uoc‑V1)，0.98*Uoc]、[0.4*(V1‑V2)，0.98*V1]、...、[0.4*Vm，0.98*Vm]，分别以0.98*Uoc、0.98*V1、...、0.98*Vm为起始电压u为步长电压向电压减小方向进行三次电压电流采样，得到采样输出电压值U(1)、U(2)、U(3)和对应时刻的采样输出电流值I(1)、I(2)、I(3)，结合公式(1)‑(3)，计算得到公式(1)的步长电压值关于串联光伏组件输出电压U的直线方程表达式为0时的电压值U0，如公式(4)所示，U0=U(2)ΔU(1)-U(1)ΔU(2)ΔU(2)-ΔU(1)---(4)]]>VI.在所述划分的各个单峰P‑U区间以U0为起始电压以公式(1)的值为步长电压值采用增量电导法进行MPPT，跟踪得到各个单峰P‑U区间的最大功率点Plmax，取各个Plmax中的最大值作为到全局最大功率点Pgmax；VII.若检测到所述的旁路二极管均不导通，则所述划分的单峰P‑U区间为[0，Uoc]，按照所述的串联光伏组件受到局部遮挡时在划分的各个单峰P‑U区间进行的MPPT步骤得到Pgmax；VIII.在控制器设置Pgmax对应的输出电压Um为串联光伏组件的工作电压值。...

【技术特征摘要】
1.一种串联光伏组件最大功率点跟踪方法，其特征是串联光伏组件的每个光伏组件两端
反向并联有一个旁路二极管，串联光伏组件在受到局部遮挡时旁路二极管会发生导通，旁路
二极管导通时串联光伏组件输出电压值UD为串联光伏组件输出功率-电压(P-U)曲线波谷电压
值，根据UD把串联光伏组件受到局部遮挡时的多峰P-U曲线划分为多个单峰P-U区间，在
划分的各个单峰P-U区间引入自适应变步长电压公式，如公式(1)所示，
ΔU(n)=N*ln|-dI(n+1)/dU(n+1)I(n+1)/U(n+1)|---(1)]]>其中，
dU(n+1)＝U(n+1)-U(n)(2)
dI(n+1)＝I(n+1)-I(n)(3)
公式(1)-(3)中，ΔU(n)表示步长电压，N为正数，表示步长因子，其大小和数量级由实际情况
确定，ln表示以e为底的对数，U(n+1)、I(n+1)分别表示当前时刻的采样电压值和采样电流值
dU(n+1)、dI(n+1)分别表示当前时刻采样电压值和采样电流值的导数，U(n)、I(n)分别表示前
一时刻的采样电压值和采样电流值，n＝1，2，3...；公式(1)的步长电压值在各个单峰P-U区
间的最大功率点处为0，且在划分的各个单峰P-U区间的0.4倍到0.98倍P-U区间，公式(1)
的步长电压值ΔU(n)关于串联光伏组件输出电压U的曲线可看做一条直线，通过计算得到直
线方程值为0时串联光伏组件的输出电压值U0，以U0为起始电压值公式(1)的值为步长电压
值，在各个P-U单峰区间采用增量电导法进行最大功率点跟踪(MPPT)，最终得到全局最大
功率点Pgmax和Pgmax处的工作电压值Um；串联光伏组件不受局部遮挡时旁路二极管不导通，
P-U曲线只有一个单峰区间，根据所述串联光伏组件受到局部遮挡时在划分的单峰P-U区间
的MPPT方法得到Pgmax和Um；在具体操作时包括以下步骤：
I.在控制器设定光伏组件两端反向并联的旁路二极管导通电压阈值Uref；
II.以串联光伏组件的开路电压Uoc为起始电压，以小步长电压u为步长电压，在[0，Uoc]
区间进行快速全局电压扫描，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫东，王央康，李志勇，徐创，陶泽炎，童鹏，常亚文，高志，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33