基于擾動觀察的最大功率點跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的基于擾動觀察的最大功率點跟蹤方法，首先對光伏陣列電壓、電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流信號進行采樣；其次建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)模型；最后對單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行最大功率點跟蹤。本發(fā)明只需對光伏陣列電壓進行檢測，以并網(wǎng)參考電流幅值信號Iref作為并網(wǎng)逆變器輸出功率的等價信號，有效地降低了采樣量化誤差對最大功率點跟蹤算法的影響，解決了傳統(tǒng)擾動觀察法在單級式的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中控制策略穩(wěn)定性差以及母線電壓崩潰或輸出功率振蕩的問題。
【專利說明】基于擾動觀察的最大功率點跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能分布式可再生新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及ー種適合單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤控制策略，具體涉及ー種基于擾動觀察的最大功率點跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏電池的輸出功率特性具有很強的非線性,其最大輸出功率及最大輸出功率點電壓與電流隨著溫度、光照強度、光照的不均衡度等因素變化。只有采用有效的最大功率點跟蹤算法，才能提高光伏發(fā)電系統(tǒng)對光伏電池組件電能的利用率。
[0003]目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)最大功率點跟蹤的方法有很多:定電壓法、擾動觀察法、増量電導法、短路電流法等等，但是這些方法各有其優(yōu)缺點及適用范圍。普通的擾動觀測法多為ー階的控制策略，通過改變相關(guān)的控制量，使得光伏陣列的輸出功率或ー些相關(guān)變量發(fā)生變化，通過判斷變化前后這些變量在曲線上的位置確定下一步的控制方式，從而使得系統(tǒng)工作點逐步向最大功率點靠近。這種控制方式在雙級或離線式的光伏逆變器中是可行的，但是在單級式的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中其控制策略穩(wěn)定性差，將會導致母線電壓崩潰或輸出功率振蕩，系統(tǒng)無法正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于擾動觀察的最大功率點跟蹤方法，解決了傳統(tǒng)擾動觀察法在單級式的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中控制策略穩(wěn)定性差以及母線電壓崩潰或輸出功率振蕩的問題，而且不受算法數(shù)字化的影響。
[0005]本發(fā)明所采用 的技術(shù)方案是:基于擾動觀察的最大功率點跟蹤方法，具體按照以下步驟實施:
[0006]步驟1:對光伏陣列電壓、電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流信號進行采樣；
[0007]步驟2:建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)模型；
[0008]步驟3:對單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行最大功率點跟蹤。
[0009]本發(fā)明的特點還在干，
[0010]其中的步驟2建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)模型，具體按照以下步驟實施:
[0011]以iPV、i。、iout分別表示光伏陣列輸出瞬時電流、直流濾波電容瞬時充電電流以及濾波電容后面部分電路的瞬時電流，Vpv表不光伏陣列輸出瞬時電壓，Pout為光伏陣列瞬時輸出功率，則:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.基于擾動觀察的最大功率點跟蹤方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施: 步驟1:對光伏陣列電壓、電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流信號進行采樣； 步驟2:建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)模型； 步驟3:對單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行最大功率點跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擾動觀察的最大功率點跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟2建立單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)模型，具體按照以下步驟實施: 以iPV、ic> iwt分別表示光伏陣列輸出瞬時電流、直流濾波電容瞬時充電電流以及濾波電容后面部分電路的瞬時電流,Vpv表不光伏陣列輸出瞬時電壓，Pout為光伏陣列瞬時輸出功率，則:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擾動觀察的最大功率點跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟3對單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行最大功率點跟蹤，具體按照以下步驟實施: (1)光伏陣列輸出功率信息的獲取: 由于通過電流控制器控制可使并網(wǎng)逆變器輸出電流實時跟蹤參考電流信號，且電網(wǎng)電壓通常情況下是穩(wěn)定的，所以參考電流幅值しf與并網(wǎng)逆變器輸出功率成正比；又由于并網(wǎng)逆變器輸出功率與光伏陣列輸出功率也存在正比例關(guān)系，因此穩(wěn)態(tài)情況下用參考電流幅值信號IMf代替光伏陣列輸出功率的等價信號，該穩(wěn)態(tài)情況是指陣列實際輸出電壓跟蹤到參考電壓后的情況； (2)光伏陣列輸出電壓控制: 給定電壓值Vref與采樣電壓值Vpv的誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，PI調(diào)節(jié)器的輸出作為并網(wǎng)電流幅值的給定，通過控制并網(wǎng)功率對母線電壓進行控制；PI調(diào)節(jié)器通過比例環(huán)節(jié)kup與積分環(huán)節(jié)kui實現(xiàn)；Ginv(s)是包括電流控制環(huán)節(jié)在內(nèi)的并網(wǎng)逆變器環(huán)節(jié)，Iref是該環(huán)節(jié)給定電流信號的幅值；Iinv是并網(wǎng)輸出電流，它與電網(wǎng)電壓 id的乘積是并網(wǎng)輸出功率Pwt ;Pout 與 Vpv 的關(guān)系簡化為:VpV=fPVC(VPV (O)，Pout)； (3)采用擾動觀察進行最大功率點跟蹤: 以光伏陣列輸出電壓為調(diào)芐基準，根據(jù)不同的輸出功率等級采用不同的擾動帶寬對光伏陣列參考電壓信號進行擾動，并觀測對比擾動帶寬內(nèi)的參考電流變化以確定電壓擾動的方向:VMf為光伏陣列參考電壓,Vpv*光伏陣列輸出電壓米樣信號,eviVMf與Vpv的誤差信號，Vrefs是電壓擾動范圍內(nèi)的中心點電壓，dV是電壓擾動量，Jmx是正向擾動帶寬，LOR代表擾動方向，Im為擾動周期內(nèi)得到的最大しf值，しf作為并網(wǎng)參考電流信號的幅值給定或有功電流信號的幅值給定；通過增量式PI控制使ev趨于0，當Vpv穩(wěn)定跟蹤VMf后，以Iref替代光伏陣列輸出功率作為觀測量；如果本次しf值大于Im值，則將此時的しf值賦給し同時把此時的電壓VMf賦給VMfs，作為電壓擾動的中心值，然后以VMfs為基礎(chǔ)，繼續(xù)對Vref進行dV大小的電壓擾動，當擾動量dV達到擾動上限Jmx或擾動下限-Jmx時為了防止無法繼續(xù)實現(xiàn)擾動，須對變換擾動方向；如果本次Iref值小于等于Im值，則繼續(xù)對進行擾動；Jmx的大小由IMf的大小確定，由于隨著功率的下降，單位IMf的變化會引起更大陣列電壓的變化，隨著功率的下降，擾動帶寬Jmx也隨之増大，以引起Iref的變化，進行觀察比較，相當于變步長控 制。
【文檔編號】G05F1/67GK103455081SQ201310363022
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】張琦, 孫向東, 郭列, 安少亮, 任碧瑩, 楊慧 申請人:西安理工大學