一种光伏最大功率点跟踪方法及装置转让专利
申请号 : CN201811378228.9
文献号 : CN111198592B
文献日 : 2021-07-09
发明人 : 黎阳 , 王林 , 黄辉 , 孟向军 , 杨欣然 , 任静
申请人 : 西安许继电力电子技术有限公司 , 许继集团有限公司 , 许继电气股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种光伏最大功率点跟踪方法,其特征在于,步骤如下:步骤1:采集光伏发电板第一输出电压Ua和第一输出电流Ia,计算第一输出电压Ua对应的第一输出功率Pa;
在第一输出电压Ua的基础上增大电压扰动ΔU,延时设定时间T,采集光伏发电板第二输出电压Uc和第二输出电流Ic,计算第二输出电压Uc对应的第二输出功率Pc;
在第一输出电压Ua的基础上减小电压扰动ΔU,延时设定时间T,采集光伏发电板第三输出电压Ub和第三输出电流Ib,计算第三输出电压Ub对应的第三输出功率Pb,进行步骤2;
步骤2:若满足Pa
若满足(Pa+Pc)/2‑Pb>ε,则控制电压在第一输出电压的基础上增大第一设定值,进行步骤1。
2.根据权利要求1所述的光伏最大功率点跟踪方法,其特征在于,还包括:步骤3:在满足Pa
2‑Pb>ε,判断是否满足(Pa+Pc)/2‑Pb<‑ε;
若满足(Pa+Pc)/2‑Pb<‑ε,则控制电压在第一输出电压Ua的基础上减小第一设定值,进行步骤1。
3.根据权利要求2所述的光伏最大功率点跟踪方法,其特征在于,还包括:步骤4:在满足Pa
2‑Pb>ε且不满足(Pa+Pc)/2‑Pb<‑ε,则控制电压不变,进行步骤1。
4.根据权利要求3所述的光伏最大功率点跟踪方法,其特征在于,还包括:若满足Pa
若满足Pa≥Pb且Pa
5.根据权利要求4所述的光伏最大功率点跟踪方法,其特征在于,所述第一设定值为第二设定值的1/3~1/2,第二设定值的取值范围为0.5~6V。
6.一种光伏最大功率点跟踪装置,其特征在于,包括处理器和存储器,所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法:步骤1:采集光伏发电板第一输出电压Ua和第一输出电流Ia,计算第一输出电压Ua对应的第一输出功率Pa;
在第一输出电压Ua的基础上增大电压扰动ΔU,延时设定时间T,采集光伏发电板第二输出电压Uc和第二输出电流Ic,计算第二输出电压Uc对应的第二输出功率Pc;
在第一输出电压Ua的基础上减小电压扰动ΔU,延时设定时间T,采集光伏发电板第三输出电压Ub和第三输出电流Ib,计算第三输出电压Ub对应的第三输出功率Pb,并跳转步骤
2;
步骤2:若满足Pa
若满足(Pa+Pc)/2‑Pb>ε,则控制电压在第一输出电压的基础上增大第一设定值,跳转步骤1。
7.根据权利要求6所述的光伏最大功率点跟踪装置,其特征在于,还包括:步骤3:在满足Pa
2‑Pb>ε,则判断是否满足(Pa+Pc)/2‑Pb<‑ε;
若满足(Pa+Pc)/2‑Pb<‑ε,则控制电压在第一输出电压Ua的基础上减小第一设定值,跳转步骤1。
8.根据权利要求7所述的光伏最大功率点跟踪装置,其特征在于,还包括:步骤4:在满足Pa
2‑Pb>ε且不满足(Pa+Pc)/2‑Pb<‑ε,则控制电压不变,跳转步骤1。
9.根据权利要求8所述的光伏最大功率点跟踪装置,其特征在于,还包括:若满足Pa
若满足Pa≥Pb且Pa
10.根据权利要求9所述的光伏最大功率点跟踪装置,其特征在于,所述第一设定值为第二设定值的1/3~1/2,第二设定值的取值范围为0.5~6V。
说明书 :
一种光伏最大功率点跟踪方法及装置
技术领域
背景技术
电压和功率的关系被称为光伏P‑V特性曲线,该曲线为凸函数,存在一个最大值点,该点对
应的电压为最大功率点电压,该点对应的功率为最大功率。同一块光伏电池板的最大功率
点电压也不是固定不变的,光伏电池板的开路电压受光照的影响较大,光照越强开路电压
越大,最大功率点电压也会受到影响,在不同光照强度下的光伏P‑V特性曲线如图1所示。为
了使发电量最大,光伏电池板的工作点应在最大功率点上,而追踪最大功率点的方法即为
最大功率点跟踪方法,简称MPPT算法。
相同的条件下对比发电量,相差可能高达20%,导致这个差异的主要原因在于MPPT效率。
MPPT效率主要分为两大类,即静态MPPT效率和动态MPPT效率,静态MPPT效率描述了在稳定
环境因素情况下系统找到和保持最大功率点运行的性能;而动态MPPT效率则描述了在辐照
度和温度等环境因素下系统跟踪最大功率点的能力。目前光伏逆变器行业中各大厂商对于
静态MPPT追踪算法的处理基本都展现出了很高的水准,MPPT跟踪效率可达99%以上,为后
端直流转交流的过程提供了良好的基础。而在逆变器实际的工作环境中,日照、温度等外部
条件是处于实时动态变化的过程中,逆变器在这样的条件下工作,其动态效能也就成为了
衡量其实际性能的不可忽视的重要指标。
比较结果确定参考电压的调整方向。具体的调整方案为:令ΔP=P1-P为当前输出功率与
前一次功率之差,如果:(1)ΔP>0,即输出功率比上一次有所增大,说明参考电压的调整方
向正确,继续按原来的方向调整,如图2所示;(2)ΔP<0,即输出功率比上一次小,说明参考
电压的调整方向错误,需要改变原来的调整方向,如图3所示。
造成系统误判。如图4所示,假设初始时有云层遮挡,日照强度为200W/m ,系统工作点U2在
U′m右侧,对应功率为P2′<Pm′ax,系统判断电压应减小扰动量ΔU,此时有:U1=U2‑ΔU。就在
2
此时云层离开,光照急剧增加到1000W/m ,而在该条件下,U1对应的输出功率P1>P2′,这就变
成系统在向功率减少的方向调整,系统出现误判。由于扰动观察法在光照快速变化时会出
现电压跟偏的情况,因此其动态跟踪效率较低。
发明内容
大电压对应的功率的平均值与较小电压对应的功率的差值大于设置定,则认为两个较大电
压的均值对应的功率和较小电压对应的功率位于同一光照曲线上,控制电压往电压增大的
方向跟踪,避免了电压跟偏的情况,有较高的动态跟踪效率。
附图说明
具体实施方式
现中间点(a点)功率大于两侧功率或中间点(a点)功率小于两侧功率的情况,此时计算a点
和c点的功率平均值对应的m点,并将m点功率与b点功率进行比较。当光照快速变化时,m点
可以近似认为与b点落在同一光照曲线上,进而确定电压参考值的调整方向,可以消除光照
变化的影响,取得较高的动态跟踪效率。
量ΔU初始化为4V,将参数M初始化为0。
扰动量ΔU=dU2,电压参考值给定为Ub,使得电压向Ub的方向追踪,跳转至步骤(2);否则,
电压扰动量ΔU=dU2,电压参考值给定为Ua,即控制电压不变,跳转至步骤(2)。
取值为0.02,dU1的值为3V,dU2取值为1.5V。
向追踪;在满足M=0且Pm‑Pb<‑ε的情况下,通过将电压参考值给定设置为Ub,此时在第一输
出电压Ua的基础上减小了电压扰动量ΔU=dU2,使得电压向第三输出电压Ub的方向追踪;
在满足M=0、不满足Pm‑Pb>ε且不满足Pm‑Pb<‑ε的情况下,通过将电压参考值设定为第一输
出电压Ua,控制电压保持为当前的第一输出电压Ua。
m的光伏P‑V特性曲线图。其中,假设日照强度恒等于1000W/m ,此时系统电压位于A(1)点,根
据本发明提出的方法分别将参考电压给定为(Ua+ΔU)和(Ua‑ΔU),分别采样得到A(1)、B(1)、
C(1)三点的功率PA(1)、PB(1)、PC(1),由图中关系可知PA(1)>PB(1),且PA(1)
的方法可知此时M=‑2,电压参考值为Uc,电压参考值向右移,向图中日照强度为1000W/m
的最大功率点移动,移动后系统电压位于B(′1)点。考虑光照突变的情况,假设初始日照强度
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等于800W/m,此时系统电压位于A(2)点,下一时刻日照强度变化为700W/m ,此时系统电压位
2
于B(2)点,再下一时刻日照强度变化为600W/m ,此时电压位于C(2)点,由图中关系可知PA(2)>
PB(2),且PA(2)>PC(2),根据本发明提出的方法可知此时M=0,此时需要计算Pm的值,由图中可
知Pm的值与B′(2)对应的功率值相同,显然(Pm‑Pb)<‑ε,此时电压参考值应为Ub,电压参考值
向左移,向图中最大功率点移动。
的方向跟踪;当M=‑2时,向电压增大的方向跟踪;若M既不等于2也不等于‑2,也就是M=0
时,则计算a点和c点的中心点m的功率值,通过比较m点和b点的功率大小来判断跟踪方向。
当光照快速变化时,可以认为m点与b点落在同一光照曲线上,因此该光伏最大功率点跟踪
方法可以消除光照变化的影响,避免了电压跟偏的情况,有较高的动态跟踪效率。
进行动态效率测试。其中,如图7所示,光照强度变化范围为100W/m 到500W/m,光照连续变
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化,上升段变化斜率为1W/m s,上升时间为400s,到达500W/m时停留10s;下降段变化斜率
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为‑1W/ms,下降时间为400s,到达100W/m时停留10s。使用上述光伏最大功率点跟踪方法进
行动态效率实验,对最大功率点电压的追踪效果如图8所示,其中,光滑曲线表示的是最大
功率点电压理论值,不光滑曲线表示的是最大功率点电压实际值。由图8可知,最大功率点
电压实际值能紧密跟踪理论值,实测动态效率达到99%以上。由上述的实验结果证明,上述
光伏最大功率点跟踪方法具有很好的动态跟踪效果,有效解决了在光照快速变化时电压容
易跟偏、动态跟踪效率较低的问题。
术人员来讲,可以根据上述的光伏最大功率点跟踪方法,生成对应的指令,以得到光伏最大
功率点跟踪装置,此处不再赘述。
理解,本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或
者等同替换,但这些变更、修改或者等同替换,均在本发明的权利要求保护范围之内。