本發(fā)明涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)領域，具體涉及一種基于改進電導增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法。

背景技術：

最大功率點跟蹤(maximumpowerpointtracking，簡稱mppt)控制是dc/dc或dc/ac變流器中使光伏組件工作在最大功率點的控制方式，使光伏陣列輸出功率最大，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)具有較高的效率。在太陽輻照和溫度均勻的情況下，光伏組件存在如圖1所示的p-v(功率-電壓)特性曲線，由光伏組件串并聯(lián)組成的光伏陣列也存在相同的輸出特性曲線。在無陰影情況下，光伏逆變器的最大跟蹤效率能達到99％，但當出現(xiàn)陰影遮擋和溫度不均勻時，p-v曲線將出現(xiàn)圖2所示的多峰值情況。采用擾動觀察法、電導增量法、爬山法等傳統(tǒng)的mppt算法，將會陷入p-v曲線最右側的極值點。而通常最右側的極值點并不一定為最大功率點，這將導致光伏系統(tǒng)發(fā)電量大大降低。因此mppt效率是決定光伏逆變器發(fā)電量最重要的因素，其對發(fā)電量的影響遠遠超過了光伏逆變器的轉換效率。

為解決傳統(tǒng)mppt方法在光伏輸出多峰值情況下極易陷入局部極值點，不能找到最大功率值的問題，有人提出利用粒子群等智能算法進行全面掃描，確定最大功率點的大概位置后再利用傳統(tǒng)的mppt方法就近搜索；也有人根據光伏最大功率點電壓規(guī)律，提出特定電壓范圍進行掃描的方法。這些方法雖然能夠準確找到最大功率點，但其啟動最大功率點掃描算法時所依據的瞬態(tài)功率波動和穩(wěn)態(tài)功率波動的幅值較大，并且不對單峰值情況與多峰值情況進行區(qū)分，在出現(xiàn)多峰值時功率波動過小將不能觸發(fā)掃描算法，并且在單峰值時功率波動過大將觸發(fā)算法，這將造成多峰值mppt算法效率的下降。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決陰影下光伏逆變器對光伏陣列多峰值輸出的全局最大功率點跟蹤問題，提出一種多峰值算法觸發(fā)方法，提高光伏逆變器在陰影條件和無陰影條件下mppt跟蹤效率。

為達到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

本發(fā)明還公開一種基于改進電導增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法，包括步驟如下：

步驟1，初始化光伏逆變器最大功率點跟蹤控制參數(shù)；

步驟2，使用分段變步長電導增量法跟蹤光伏陣列的最大功率點電壓與光伏逆變器工作電壓，并判斷光伏逆變器是否進入穩(wěn)態(tài)；

步驟3，當判斷光伏逆變器進入穩(wěn)態(tài)，且其瞬時功率波動大于功率閾值，則采用陰影判斷法監(jiān)視光伏陣列陰影情況是否發(fā)生改變；

步驟4，若陰影情況發(fā)生改變，則對光伏陣列實行全局最大功率點掃描，使光伏陣列輸出電壓從大到小，在給定最大功率點電壓值附近采用分段定步長電導增量法進行掃描，直到滿足掃描終止條件，確定全局最大功率點；

步驟5，完成一次全局最大功率點掃描后，進入穩(wěn)態(tài)，在全局最大功率點處采用分段變步長電導增量法跟蹤光伏陣列的全局最大功率點，循環(huán)進入步驟3。

進一步，所述步驟1的逆變器最大功率點跟蹤控制參數(shù)包括光伏陣列中光伏組件信息、串聯(lián)光伏組件數(shù)和光伏陣列電氣參數(shù)；

進一步，步驟2所述的分段變步長電導增量法實現(xiàn)跟蹤的具體方法如下：

步驟21，判斷當前光伏逆變器工作電壓與最大功率點電壓的位置，確定當前電壓在最大功率點電壓的左側還是右側，并記錄該位置；

步驟22，根據當前功率選擇分段占空比調整步長δdλ，并計算步長調整系數(shù)k；

步驟23，根據當前時間t下的工作電壓所在位置更新占空比：dt＝dt-1+ktδdλ,t，若接近極值點附近，則微調占空比dt。

進一步，所述步長調整系數(shù)k的計算方法為：步長調整系數(shù)k默認為1，當時，其中位置符號k取值為1或-1,取-1表示在最大功率點左側，取1表示在最大功率點右側，i和di分別為光伏陣列輸出電流及其差分，v和dv分別為光伏陣列輸出電壓及其差分，a，b為給定系數(shù)。

進一步，步驟3所述功率閾值為0.01pm。

進一步，步驟3所述的陰影判斷法包括如下步驟：

步驟31，判斷光伏逆變器當前是否處于穩(wěn)態(tài)最大功率點跟蹤工況，若處于穩(wěn)態(tài)工況，且瞬態(tài)功率波動>0.01pm，則進入陰影判斷；

步驟32，陰影判斷采用兩個判斷依據，滿足其一則判斷為存在陰影，第一個依據為當前光伏逆變器輸入電壓與無陰影時的最大功率點電壓差值δv；第二個依據為光伏逆變器輸入電流和最大功率點電流比值f1，以及當前功率和最大功率的比值f2；

步驟33，若存在陰影，判斷陰影是否發(fā)生變化，若f1和f2瞬態(tài)變化量均小于設定閾值，則陰影未發(fā)生變化，不進入全局最大功率點掃描步驟，若存在陰影并且陰影發(fā)生變化，則進入步驟4。

進一步，步驟4所述的全局最大功率點掃描包括如下步驟：

步驟41,設定搜索起始電壓vs為光伏陣列最大功率點電壓vm，使光伏陣列輸出電壓從大到小，采用分段定步長電導增量法進行粗搜索，若找到局部最大功率點，則記錄最大功率及其對應的占空比；

步驟42，找到一個局部極值點后，記錄最大功率及其對應的占空比，設定下一個起始搜索電壓，計算所對應的占空比，輸出占空比；

步驟43，繼續(xù)進行粗搜索直到觸發(fā)搜索終止條件，輸出全局最大功率所對應的占空比，進入步驟5。

本發(fā)明的一種基于改進電導增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法，與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

1.本發(fā)明所采用的陰影判斷步驟能夠有效判斷陰影變化情況，靈敏度高(能夠實現(xiàn)0.01pm的功率變化檢測)，判斷準確，能夠高效啟動全局最大功率點掃描算法，提高光伏逆變器發(fā)電效率。

2.本發(fā)明所采用全局最大功率點掃描步驟，搜索時所給定的掃描初始電壓與局部最大功率點相近，并采用電壓從大到小的搜索方向和搜索終止判斷，均能提高搜索效率。

3.本發(fā)明采用分段定步長和分段變步長電導增量法相結合，能夠快速動態(tài)尋找全局最大功率點，并提高穩(wěn)態(tài)最大功率點跟蹤效率。

附圖說明

圖1為無陰影條件下光伏陣列的功率-電壓曲線圖；

圖2為陰影條件下光伏陣列的功率-電壓曲線圖；

圖3為本發(fā)明的一種基于改進電導增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法所應用的光伏系統(tǒng)結構圖；

圖4為本發(fā)明的一種基于改進電導增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法的步驟圖；

圖5為本發(fā)明的一種基于改進電導增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法的流程圖；

圖6為本發(fā)明的一種基于改進電導增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法在突變陰影條件下的最大功率點跟蹤結果圖；

圖7為本發(fā)明的一種基于改進電導增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法在漸變陰影條件下的最大功率點跟蹤結果圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部實施例。

參看圖3至圖5，本發(fā)明方法可用于單級和雙級并網逆變器，這里以雙級并網逆變器為例進行說明，采用雙級并網逆變器的光伏系統(tǒng)結構如圖3所示。圖4和圖5分別為本發(fā)明方法的步驟圖和流程圖；本發(fā)明主要針對光伏陣列在陰影下，因各串聯(lián)光伏組件輸出特性不匹配而呈多峰曲線，采用陰影實時監(jiān)測判斷步驟實現(xiàn)陰影準確、靈敏判斷，并采用分段定步長電導增量法在陰影發(fā)生變化后快速搜索到最大功率點，搜索結束后采用分段變步長電導增量法對最大功率點精確跟蹤，實現(xiàn)陰影下光伏陣列的全局最大功率點跟蹤。

作為本發(fā)明的一個實施例，一種基于改進電導增量法的光伏逆變器多峰值mppt方法，其公開如下：

步驟1，初始化光伏逆變器最大功率點跟蹤控制參數(shù)；

步驟2，使用分段變步長電導增量法跟蹤光伏陣列的最大功率點電壓與光伏逆變器工作電壓，并判斷光伏逆變器是否進入穩(wěn)態(tài)；

步驟3，當判斷光伏逆變器進入穩(wěn)態(tài)，且其瞬時功率波動大于功率閾值，則采用陰影判斷法監(jiān)視光伏陣列陰影情況是否發(fā)生改變；

步驟4，若陰影情況發(fā)生改變，則對光伏陣列實行全局最大功率點掃描，使光伏陣列輸出電壓從大到小，在給定最大功率點電壓值附近采用分段定步長電導增量法進行掃描，直到滿足掃描終止條件，確定全局最大功率點；

步驟5，完成一次全局最大功率點掃描后，進入穩(wěn)態(tài)，在全局最大功率點處采用分段變步長電導增量法跟蹤光伏陣列的全局最大功率點，循環(huán)進入步驟3。

為了便于說明本發(fā)明方法的具體實施步驟，上述方法具體實施例如下：

步驟1、初始化逆變器最大功率點跟蹤控制參數(shù)，即設置逆變器參數(shù)，其包括光伏陣列中光伏組件信息、串聯(lián)光伏組件數(shù)n和光伏陣列電氣參數(shù)。所述光伏組件信息包括有功率溫度系數(shù)γm，電壓溫度系數(shù)βoc，串聯(lián)電池數(shù)ns，所述光伏陣列電氣參數(shù)包括有最大功率點電壓vm、最大功率點電流im和最大功率pm。

步驟2、光伏逆變器啟動和穩(wěn)態(tài)運行時采用分段變步長電導增量法。判斷當前逆變器工作電壓與最大功率點電壓的位置，如果則在最大功率點左側，位置符號k＝1，如果則在最大功率點右側，k＝-1，其中i和di分別為光伏陣列輸出電流及其差分，v和dv分別為光伏陣列輸出電壓及其差分，a，b為給定系數(shù)；根據數(shù)值，分段選擇占空比調整步長δdλ；計算步長調整系數(shù)k，默認為1，當時，其中a，b為給定系數(shù)；更新占空比，根據當前時刻位置符號kt和前一時刻位置符號kt-1關系選擇計算方式進行粗調和微調，若ktkt-1＞0，則dt＝dt-1+ktδdλ,t，若ktkt-1＜0，則在極值點附近微調占空比，設定占空比調整量δdt＝-δdt-1/2，dt＝dt-1+δdt。

步驟3、判斷逆變器當前是否處于穩(wěn)態(tài)，運行在功率局部極值點，若處于穩(wěn)態(tài)工況，且瞬態(tài)功率波動>功率閾值，在本實施例中優(yōu)選功率閾值為0.01pm，則進入陰影判斷。陰影判斷采用以下兩個判斷依據，滿足其一則為存在陰影：

第一個依據為當前逆變器輸入電壓與無陰影時的最大功率點電壓差值δv，其中vmx為根據當前電壓范圍判斷的無陰影下最大功率點電壓，t為無陰影情況下的根據功率計算的溫度，vin和iin分別為光伏逆變器輸入直流電壓和電流，若δv＞d，則存在陰影，其中d為根據光伏陣列電壓設定的閾值；

第二個依據為光伏逆變器輸入電流和最大功率點電流比值f1，f1＝iin/im，以及當前功率和最大功率的比值f2，f2＝viniin/(imvm)，若|f1-f2|＞0.1f2，則存在陰影。

若存在陰影，判斷陰影是否發(fā)生變化，若f1和f2瞬態(tài)變化量均小于0.1，則陰影未發(fā)生變化，不進入全局最大功率點掃描步驟，若存在陰影并且陰影發(fā)生變化，則進入全局最大功率點掃描階段。

步驟4、進行全局最大功率點掃描時，使光伏陣列輸出電壓從n個串聯(lián)光伏組件均工作的無陰影最大功率點電壓開始，采用分段定步長電導增量法進行粗搜索，若找到局部最大功率點，則記錄最大功率及其對應的占空比。使n減小，輸出n減小后的無陰影最大功率點電壓所對應的占空比，繼續(xù)采用定步長電導增量法進行粗搜索，更新最大功率及其對應的占空比，直到逆變器輸入電壓超出逆變器輸入電壓范圍或者n＝n-1時無陰影最大功率比當前最大功率小。搜索完畢后，輸出全局最大功率所對應的占空比。

步驟5、完成一次全局最大功率點掃描后，在全局最大功率點處采用分段變步長電導增量法跟蹤光伏陣列的全局最大功率點，進入穩(wěn)態(tài)，實時監(jiān)測陰影變化，等待下一次觸發(fā)陰影判斷。

按照以上控制步驟，以雙級并網光伏逆變器為例，利用matlab/simulink搭建100kwp雙級并網光伏系統(tǒng)仿真模型，將光伏陣列分為4組，每組輻照均勻，以瞬變和漸變兩種輻照變化為例進行仿真，本發(fā)明最大功率點跟蹤結果分別如圖6和圖7所示，其功率的變化均能實時的跟蹤兩種輻照變化情況。

上述實施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本發(fā)明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。