一种单级式光伏并网逆变器的最大功率点跟踪的优化方法技术

本发明专利技术涉及一种应用于单级式光伏并网发电系统的优化最大功率点跟踪过程的方法。本发明专利技术所述的应用该方法的单级式光伏并网发电系统包括：太阳能光伏阵列、滤波电容、并网逆变器。本发明专利技术所述的优化最大功率点跟踪过程的方法，基于滤波电容的功率解耦思想，根据光伏阵列输出特性受到扰动时光伏阵列、滤波电容、并网逆变器三者之间的能量关系及滤波电容电压的变化，迅速计算出对应的并网逆变器输出功率给定以消除该扰动，从而利于快速实现ＭＰＰＴ。该方法能够消除由于光照强度、温度条件或其它因素发生变化时，导致光伏阵列输出特性变化而对ＭＰＰＴ过程产生的影响，加快ＭＰＰＴ速度，提高光伏发电系统的效率，同时提高了系统的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于单级式光伏并网逆变器的优化最大功率点跟踪过程的方 法，属新能源
，特别是太阳能光伏发电领域。
技术介绍
太阳能作为一种无污染、可再生的新能源具有非常广阔的应用和发展前景，随着 社会经济的发展，利用太阳能发电成为解决生产生活能源、改善环境污染问题的一条可靠 途径，可以取得巨大的经济效益和社会效益。太阳能光伏阵列的输出受到光照强度、环境温度等因素的影响，呈现非线性特性。 在一定的光照强度和环境温度下，太阳能电池可以输出不同的电压和电流，也即可以输出 不同的功率，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能够达到最大值，这时 光伏阵列工作在输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点(Maximum Power Point, MPP)。光伏并网发电系统一般包括两级式和单级式，采用单级式方式时，由于电能只需 要经过一次变换，因此具有变换效率高、太阳能阵列利用率高、可靠性高等显著优点。单级 光伏并网发电系统包括顺序连接的光伏阵列、滤波电容和并网逆变器，如图4所示。由于光 伏阵列输出功率为平滑直流，而并网逆变器输出功率呈现周期性脉动特性，因此光伏阵列 与并网逆变器之间需并入足够大的电容以平滑并网逆变器引起的光伏阵列输出功率的脉 动。但作为储能元件的电容的引入导致了光伏阵列、并网逆变器、电容三者之间的能量耦 合，当光伏阵列的输出特性发生变化即光伏阵列输出功率发生变化时，光伏阵列输出功率 的变化并不能立刻在并网逆变器的输出功率上体现出来。在光伏发电系统中，通过实时调整太阳能光伏阵列的工作点，使之始终工作在最 大功率点附近，进而可以提高整个光伏发电系统的效率，这一过程称之为最大功率点跟踪 (Maximum Power Point iTrackingJPPT)。MPPT策略一般采用实时检测光伏阵列的输出功 率，通过一定的控制算法使输出功率保持在MPP附近。现有的MPPT方法一般通过对并网逆 变器输出功率施加小的扰动，通过一定算法判断光伏阵列输出功率的变化趋势，进而决定 下一步施加扰动的方式。实际上，上述施加微小扰动的MPPT方法是在光伏阵列输出特性稳 定的前提下来进行的。当光照条件、温度条件或者其它不可知的外部因素发生变化而导致 光伏阵列输出特性发生变化时，也即光伏阵列的输出功率发生剧烈变化时，由于电容的能 量耦合作用，光伏阵列输出功率的变化并不能立刻在并网逆变器的输出功率上体现出来， 因此，此时的MPPT方法不能够保证并网逆变器的输出功率跟踪光伏阵列输出功率的变化， 也即MPPT失效，严重时会导致系统崩溃。传统的MPPT方法在发生上述情况时一般采取对 输出功率施加较大扰动量的方法来尽量避免系统崩溃，但对于应该施加扰动量的大小并没 有明确的量化标准，因此很难保证MPPT跟踪过程的快速性与稳定性，也即很难保证系统能 迅速重新进入稳态。因此当光照强度、温度条件等因素发生变化导致光伏阵列输出特性发 生变化时时，系统重新进入稳态并实现MPPT需要一个较长的过渡过程。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中现有MPPT方法应用于单级式光伏并网发电系统中存在的 不足，提出一种应用于单级式光伏并网发电系统的优化最大功率点跟踪过程的方法。下面结合附图1说明本专利技术的具体方案，本专利技术所述的应用于单级式光伏并网发 电系统的优化最大功率点跟踪过程的方法，作为传统MPPT方法的优化方法，与传统MPPT方 法共同使用。上述应用本专利技术的单级式光伏并网发电系统包括太阳能光伏阵列、滤波电 容、并网逆变器，其中太阳能光伏阵列的输出直接与滤波电容的两端以及并网逆变器的两 个输入端相连，如图1所示。所述的应用于单级式光伏并网发电系统的优化最大功率点跟 踪过程的方法根据系统受到扰动导致光伏阵列输出功率与并网逆变器输出功率不相等时， 光伏阵列、滤波电容、并网逆变器三者之间的能量关系及滤波电容电压的变化，迅速计算出 并网逆变器输出功率给定，使得并网逆变器输出功率迅速跟踪光伏阵列输出功率，在一个 功率周期内解除滤波电容与并网逆变器和光伏阵列之间的能量耦合关系，避免由于上述因 素导致的系统崩溃或者MPPT的动态跟踪时间过长。本专利技术所述的应用于单级式光伏并网发电系统的优化最大功率点跟踪过程的方 法的特征在于1)该方法依据光伏阵列与并网逆变器之间的滤波电容的电压的变化趋势来判断 并网逆变器输出功率与光伏阵列输出功率的瞬时关系，也即如果电容电压下降，则并网逆 变器输出功率大于光伏电池输出功率，如果电容电压上升，则并网逆变器输出功率小于光 伏阵列输出功率，电容电压变化趋势发生改变的时刻就是并网逆变器输出功率等于光伏阵 列输出功率的时刻。2)该方法依次包括以下步骤步骤1 用微处理器作为控制器，检测电容电压u。，电网电压v。，并网逆变器输出电 流i0 ；步骤2 用当前电容电压减去上一控制周期采样的电容电压，得到两次采样的差 值 Διι ；步骤3 根据上一控制周期计算得到的电容电压差值和当前计算得到的电容电压 差值判断电容电压的变化趋势是否发生改变是记录当前次的正弦表点数和采样的V。和i。，若Au由正变负，计算该时刻对应的输出功率P1，并记录对应于当前时刻的正弦 表值sin α j ；则计算该时刻对应的输出功率ρ2，并记录对应于当前时刻的正弦表值sinci 2 ；否继续执行步骤4;步骤4 判断程序是否已运行了半个市电周期是判断sin2 α ^sin2a 2是否等于1 是结束；否并网逆变器的输出功率给定pm调整为P1 · sin2 a 1+p2 · sin2 a 2，结束；否结束；本专利技术所述方法的最大优点在于当光照强度等因素突然变化导致光伏阵列输出功率与并网逆变器输出功率不相等时，能够迅速解除滤波电容的能量耦合作用，使并网逆 变器输出功率迅速跟踪光伏阵列输出功率，避免系统崩溃或者MPPT的动态跟踪时间过长。附图说明图1为单级光伏并网发电系统构成示意图。图2为并网逆变器输出功率与光伏阵列输出功率关系分析示意图。图3为本专利技术应用于单级式光伏并网发电系统的优化最大功率点跟踪过程的方 法的原理分析示意图。图4为应用本专利技术所述应用于单级式光伏并网发电系统的优化最大功率点跟踪 过程的方法时的控制程序流程图。附图中符号说明10为单级光伏并网发电系统；101为太阳能光伏阵列；102为并 网逆变器；cm为滤波电容；Ppv为光伏阵列的输出功率，P。为流入滤波电容的功率，P。为并网 逆变器的输出功率；叫为电容电压J1及S11代表面积；t，ti; t2，t3，、代表时间；Tp代表一 个功率周期；α工和α 2代表角度；ω代表电网电压角速度。具体实施例方式下面结合附图说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，所述的应用本专利技术最大 功率跟踪方法的单级光伏并网发电系统包括太阳能光伏阵列、滤波电容和并网逆变器。其 中太阳能光伏阵列的输出直接与滤波电容的两端以及并网逆变器的输入端相连。本专利技术所述方法与传统的最大功率点跟踪(MPPT)方法共同使用，对于所用MPPT 方法没有限制。如图1所示，不考虑并网逆变器的功率损耗，即并网逆变器的输入功率等于输出 功率，由能量守恒定律，可以知道光伏阵列、滤波电容、并网逆变器三者之间的瞬时功率关 系pPV = Pe+PQ，其中，Ppv为光伏阵列的输出功率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于单级式光伏并网发电系统的优化最大功率点跟踪过程的方法，其特征在于，该方法依据光伏阵列与逆变器之间的滤波电容电压的变化趋势来判断并网逆变器输出功率与光伏阵列输出功率的瞬时关系，也即：如果电容电压下降，则并网逆变器输出功率大于光伏电池输出功率，如果电容电压上升，则并网逆变器输出功率小于光伏阵列输出功率，电容电压变化趋势发生改变的时刻即为并网逆变器输出功率等于光伏阵列输出功率的时刻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：古俊银，
申请(专利权)人：盈威力新能源科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]