一种高精度最大功率点跟踪方法技术

本发明专利技术涉及一种高精度最大功率点跟踪方法，本方法是一种变步长寻优和基于功率预测的扰动观察法相结合ＭＰＰＴ算法，即基于功率预测的变步长扰动观察法。能够克服常规扰动观察法、变步长扰动观察法等方法的缺点，解决误判及局部最大功率等问题，快速、精确跟踪到最大功率点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及各种光伏发电系统最大功率点跟踪方法。技术背景对于光伏系统，最重要的就是调节PV端电压，使其迅速收敛至最大功率点。 扰动观察法因为其算法简单,测量参数少而应用极其广泛，但也存在明显的缺点 一方面即使已经运行在最大功率点附近，扰动仍不停止，即出现电压振荡而导致部分功率损失；另一方面，当光强快速变化时容易发生误判。常规的扰动观察法由于采用固定的步长进行运算，存在明显缺陷若步长过小，会使光伏阵列较长 时间滞留在低功率输出区；若步长过大，又会使系统振荡加剧。变步长扰动观察法是在常规扰动观察法基础上提出的，其可以在一定程度上 解决固定步长存在的问题，在快速性和精确性方面与扰动观察法相比有很大的提 高，在外界环境变化不大的情况下，能够精确跟踪到最大功率点。但是如果在有 云的天气下，光照强度变化比较剧烈，仍然会出现误判现象。并且当外界环境， 如光照强度，温度等变化时，光伏曲线有可能出现局部最大功率点等情况，变步 长扰动观察法在这种情况下将失效。
技术实现思路
本专利技术提出一种变步长寻优和基于功率预测的扰动观察法相结合MPPT算 法，即基于功率预测的变步长扰动观察法，能够克服常规扰动观察法、变步长扰 动观察法等方法的缺点，解决误判及局部最大功率等问题，快速、精确跟踪到最 大功率点。本专利技术是通过以下技术方案实现的一种高精度最大功率点跟踪的方法，逆变器正常运行后，分别测量第k，第k+l/2以及第k+l个周期时光伏阵列输出的直流电压和直流电流，根据公式<formula>formula see original document page 4<;/formula>分别计算P(K)、尸("l/2)、 P(K+1)的功率，P'(/Q按上述公式计算，再按公式# = />("1)-尸'(/0计算功率差值，根据公式1)进行判别，如果/fl(A:—1)>e，则执行下一步判断，判断dP，若^/尸>0，则Slope=l，反之Slope二一l。如果/"(A: —1)<e，也对dP进行判别，dP〈0直接进入下一步操作，^>0则Slope取反，然后通过公式"("^~^在线计算3 (k)，最后fl(A: — 1)算出占空比D(K)对BOOST电路进行控制，如此不断循环寻找最大功率点；其中V (K)为直流电压采样值；I (K)为直流电流采样值；P (K)为Kr时刻在电压^处测得功率；P(^ + l/2)为(K + l/2)r时刻在电压^处测得功率；P'(《)为(K + l)r时刻预测功率；尸(K + 1)为(K + i)r时刻测得电压^+,处的功率；dP为(x+i)r时刻同一曲线上的功率值差值；a (k)为本周期用于调整的占空比；a (k-1)为上一 周期用于调整的占空比；e为允许的误差值；c为恒定系数；D(K)为本周期占空 比；D(K-1)为上一周期占空比；Slope为扰动方向。本专利技术提出一种基于功率预测的变步长扰动观察法，不仅能够在外部环境不 变的情况下快速、精确跟踪到最大功率点，而且在光照很弱，如早上或晚上或外 部环境快速变化的情况下，克服误判现象，并且避免跟踪到局部最大功率点，跟 踪到真正的最大功率点。能够显著的减小能量损失。提高系统跟踪精度及整个光 伏系统的效率。附图说明图1为功率预测示意图。图2为基于功率预测的变步长扰动观察法的MPPT算法的流程图。 图3基于前级DC-AC逆变器实现MPPT的并网逆变器系统结构图'具体实施例方式如图1所示，由于开关频率较高，这里我们可以假定在一个周期中，光照的然后在(x + i/2)r时刻使参考电压增加AF ，在(K + i)r时刻测得电压^+,处的功率尸(/: + i)，计算功率值差值fi /^p(/c + i)-r(/:)。实现变步长算法时， 一般在电流变化率低于7%时，认为光伏阵列工作于类 似恒流源区，此时每次电压变化的步长为原来电压的10%;而当电流变化率高于 7%时，则认为光伏阵列工作在最大功率点附近或类似恒压源区，此时每次电压变 化的步长为原来电压的0.3%。变步长算法在不改变精度的情况下，加快了寻优 的速度。在基于开关变换器的光伏发电系统中，MPPT总是通过控制开关的占空 比来实现的，即通过判断逻辑，直接调整占空比D， D(yt)=D(A:-l)土w印，其中st印 是控制步长。当st印是定值时，即属于定步长的MPPT算法；而当st印是变值 时，即属于变步长的MPPT算法。对于变步长的MPPT算法，通常考虑将step设 为dP/dU的线性函数，即Z)(" = Z)(it_l)±7Vx其中N为比例因数。当采用数字电路实现时，上式可转化为JC7(2)単)—尸(yfc —1)(3)f/(A:)-f/(A:-l) 其中N为一个常量。该算法的具体实施方案采用基于前级DC-DC变换器MPPT控制的两级光伏并 网逆变器，系统结构如图3所示(以并网逆变器为例进行说明，离网型类似)。 图中前级的Boost型DC-DC变换器主要完成MPPT控制，即根据采样当前光伏 阵列的输出电压和电流，经过MPPT控制算法并通过控制Boost变换器开关管的 占空比来调节光伏阵列的工作点，使其逼近光伏阵列的最大功率点，图中的MPPT 模块即采用本专利的上述算法；而后级的DC-AC逆变器部分主要完成稳定中间 DC母线电压以及实现网侧单位功率因数正弦电流控制。由于后级的DC-AC逆变器部分能够稳定中间直流母线电压，因此随着前级 Boost变换器开关占空比的增、减而使光伏阵列的输出电压也相应减、增。另外从伏安特性曲线可以知道光伏电池阵列的工作点是随其工作电压的变化而变化的，改变光伏电池阵列的工作电压就能唯一的决定其工作点的位置，因而通过改变前级Boost变换器的开关占空比来调节光伏阵列的工作电压，就可以方便地实 现并网逆变器的MPPT控制。本文的算法，通过汇编或C语言程序写入逆变器核心控制芯片DSP，驱动前 级BOOST电路按照流程图的算法进行工作，即能很好地跟踪到最大功率点。权利要求1、，其特征在于逆变器正常运行后，分别测量第k，第k+1/2以及第k+1个周期时光伏阵列输出的直流电压和直流电流，根据公式P(K)＝V(K)*I(K)分别计算P(K)、P(K+1/2)、P(K+1)的功率，P′(K)按上述公式计算，再按公式dP＝P(K+1)-P′(K)计算功率差值，根据公式|dP/a(k-1)|进行判别，如果|dP/a(k-1)|＞e，则执行下一步判断，判断dP，若dP＞0，则Slope＝1，反之Slope＝-1。如果|dP/a(k-1)|＜e，也对dP进行判别，dP＜0直接进入下一步操作，dP＞0则Slope取反，然后通过公式<maths id="math0001" num="0001" ><math><!]></math> id="icf0001" file="A2009101449760002C1.tif" wi="27" he="9" top= "89" left = "106" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inli本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度最大功率点跟踪方法，其特征在于逆变器正常运行后，分别测量第ｋ，第ｋ＋１／２以及第ｋ＋１个周期时光伏阵列输出的直流电压和直流电流，根据公式Ｐ（Ｋ）＝Ｖ（Ｋ）＊Ｉ（Ｋ）分别计算Ｐ（Ｋ）、Ｐ（Ｋ＋１／２）、Ｐ（Ｋ＋１）的功率，Ｐ′（Ｋ）按上述公式计算，再按公式ｄＰ＝Ｐ（Ｋ＋１）－Ｐ′（Ｋ）计算功率差值，根据公式｜ｄＰ／ａ（ｋ－１）｜进行判别，如果｜ｄＰ／ａ（ｋ－１）｜＞ｅ，则执行下一步判断，判断ｄＰ，若ｄＰ＞０，则Ｓｌｏｐｅ＝１，反之Ｓｌｏｐｅ＝－１。如果｜ｄＰ／ａ（ｋ－１）｜＜ｅ，也对ｄＰ进行判别，ｄＰ＜０直接进入下一步操作，ｄＰ＞０则Ｓｌｏｐｅ取反，然后通过公式ａ（ｋ）＝ｃ　ｄＰ／ａ（ｋ－１）在线计算ａ（ｋ），最后算出占空比Ｄ（Ｋ）对ＢＯＯＳＴ电路进行控制，如此不断循环寻找最大功率点；　其中： Ｖ（Ｋ）为直流电压采样值；Ｉ（Ｋ）为直流电流采样值；Ｐ（Ｋ）为ＫＴ时刻在电压Ｖ↓［Ｋ］处测得功率；Ｐ（Ｋ＋１／２）为（Ｋ＋１／２）Ｔ时刻在电压Ｖ↓［Ｋ］处测得功率；Ｐ′（Ｋ）为（Ｋ＋１）Ｔ时刻预测功率；Ｐ（Ｋ＋１）为（Ｋ＋１）Ｔ时刻测得电压Ｖ↓［Ｋ＋１］处的功率；ｄＰ为（Ｋ＋１）Ｔ时刻同一曲线上的功率值差值；ａ（ｋ）为本周期用于调整的占空比；ａ（ｋ－１）为上一周期用于调整的占空比；ｅ为允许的误差值；ｃ为恒定系数；Ｄ（Ｋ）为本周期占空比；Ｄ（Ｋ－１）为上一周期占空比；Ｓｌｏｐｅ为扰动方向。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹仁贤，陈威，倪华，陶磊，
申请(专利权)人：合肥阳光电源有限公司，
类型：发明
国别省市：34[]