基于三級(jí)步長的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能光伏電池的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法，特別涉及一種基于三級(jí)步長 的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能光伏電池輸出特性曲線具有非線性的特征，很難保證其工作高效性，這就 需要對(duì)其分析檢測，在外界環(huán)境光照度與溫度變化的情況下保證光伏電池輸出最大功率， 避免資源浪費(fèi)。在保證光伏發(fā)電系統(tǒng)高效率的前提下，要對(duì)光伏電池的最大功率點(diǎn)進(jìn)行追 蹤，即最大功率點(diǎn)追蹤，可以使用外部的控制策略對(duì)其檢測控制。另外，采用何種方式來控 制最大功率點(diǎn)問題一直是研究的熱點(diǎn)，當(dāng)前比較成熟的控制策略有：恒定電壓法、電導(dǎo)增量 法、擾動(dòng)觀察法、模糊控制等方法。
[0003] 隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的變革與智能電網(wǎng)的飛速的發(fā)展，大量的分布式光伏能源 接入配電網(wǎng)，這就必然對(duì)并網(wǎng)的電能質(zhì)量提出一定的要求，最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)運(yùn)用于DC/ DC模塊，其穩(wěn)定性與可靠性決定了后級(jí)并網(wǎng)的電能質(zhì)量。光伏電池輸出為非線性電流源，與 外部電路進(jìn)行連接時(shí)，輸出有功功率，電流與電壓特性曲線相交處相當(dāng)于光伏電池的最大 功率點(diǎn)，傳統(tǒng)的最大功率點(diǎn)能夠追蹤到最大功率點(diǎn)，但是會(huì)出現(xiàn)小幅震蕩，而且當(dāng)外部環(huán)境 惡劣變化的情況下，出現(xiàn)誤判現(xiàn)象，此時(shí)無法通過該方法對(duì)光伏電池進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤。
[0004] 目前最大功率點(diǎn)追蹤方法大都是在傳統(tǒng)的控制方法基礎(chǔ)之上，添加一些現(xiàn)代理論 的控制算法，在一定程度上可以解決誤判的現(xiàn)象，但是犧牲了快速追蹤的特點(diǎn)，即需要一定 的時(shí)間才能追蹤到最大功率點(diǎn)。如當(dāng)外界環(huán)境劇烈變化的情況下，固定步長的擾動(dòng)觀察法 可以追蹤到最大功率點(diǎn)，但是由于步長選取困難和始終存在電壓擾動(dòng)的問題，導(dǎo)致光伏電 池最大功率點(diǎn)存在小幅震蕩，影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且當(dāng)外部環(huán)境劇烈變化時(shí)出現(xiàn)誤 判，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于三級(jí)步長的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法及裝置，以解決 現(xiàn)有的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法中所存在的解決誤判現(xiàn)象與縮短追蹤時(shí)間不能兼顧的問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種基于三級(jí)步長的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法，包括 以下步驟：
[0007] Sl :系統(tǒng)啟動(dòng)后，對(duì)光伏陣列的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，U(k)表示第k(k = 0, 1，2, ···，!〇次采樣的輸出電壓，I (k)表示第k(k = 0, 1，2, ···，!〇次采樣的輸出電流，并 根據(jù)U(k)和I(k)計(jì)算P(k);
[0008] S2 :判斷U (k)是否小于Um，如是，則進(jìn)入步驟S3,如否則進(jìn)入步驟S4,其中，Um為 光伏電池的輸出特性曲線的最大功率點(diǎn)處的電壓；
[0009] S3 :采用恒壓法進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，追蹤得到的輸出電壓為Um，進(jìn)入步驟S6 ;
[0010] S4 :采用擾動(dòng)觀察法進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，具體為，設(shè)置標(biāo)志位為flag，步長方向 系數(shù)為 j，第 i 級(jí)步長為 Vstep[i] (i = 1，2, 3)，并計(jì)算 dP，dU，其中，dP = P(k)-P(k-1)，dU =U (k) -U (k-1)，對(duì)dP進(jìn)行條件判斷：
[0011] S41 :若dP>0,則進(jìn)一步對(duì)dU進(jìn)行條件判斷：
[0012] S411 :若dU>0,則令flag值加1，j = 1，若flag值為3,則將i值加1，進(jìn)入步驟 S5,若flag值不為3,則保持步長不變，進(jìn)入步驟S5 ;
[0013] S412 :若dU彡0,則令flag值為0, j = -1，則將i值減1，進(jìn)入步驟S5 ;
[0014] S42 :若dP彡0,則進(jìn)一步對(duì)dU進(jìn)行條件判斷：
[0015] S421 :若dU〈0,則令flag值加1，j = 1，若flag值為3,則將i值加1，進(jìn)入步驟 S5,若flag值不為3,則保持步長不變，進(jìn)入步驟S5 ;
[0016] S422 :若dU彡0,則令flag值為0, j = -1，則將i值減1，進(jìn)入步驟S5 ;S5 :計(jì)算 依據(jù)步驟S4選取的步長所修正后的電壓Vmpp :
[0017] Vmpp = VmpO+j X Vstep [i],
[0018] 其中，VmpO為系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)光伏電池的初始電壓，作為為系統(tǒng)的擾動(dòng)步長的初始參 考電壓，；
[0019] S6:控制所述系統(tǒng)的輸出電壓為U，U值為步驟S3得到的Um或步驟S5得到的 Vmpp，并返回繼續(xù)執(zhí)行步驟Sl ;
[0020] 其中，Vstep[3] = 10XVstep[2] = 100XVstep[l]。
[0021] 較佳地，Vstep[l]的值按下式計(jì)算確定：
[0022]
〇
[0023] 較佳地，系統(tǒng)每次開始運(yùn)行至步驟S4時(shí)，首先進(jìn)行標(biāo)志位flag的清零。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種基于三級(jí)步長的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)裝置，用于執(zhí)行上述的方 法，包括：
[0025] 采樣模塊，用于對(duì)系統(tǒng)的光伏陣列的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，U(k)表示第 k(k = 0, 1，2, ···，!〇次采樣的輸出電壓，I (k)表示第k(k = 0, 1，2, ···，!〇次采樣的輸出電 流，并根據(jù)U(k)和I(k)計(jì)算P(k);
[0026] 功率追蹤選擇模塊，用于判斷U (k)是否小于Um，如是，則啟動(dòng)恒壓法追蹤模塊，如 否則啟動(dòng)擾動(dòng)觀察法追蹤模塊；
[0027] 恒壓法追蹤模塊，用于執(zhí)行步驟S3的采用恒壓法進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，追蹤得到 的輸出電壓為Um，并將Um輸出至控制輸出模塊；
[0028] 擾動(dòng)觀察法追蹤模塊，用于執(zhí)行步驟S4及S5,采用三級(jí)步長對(duì)最大功率點(diǎn)電壓進(jìn) 行追蹤，并計(jì)算選取的步長所修正后的電壓Vmpp ;
[0029] 控制輸出模塊，用于控制所述系統(tǒng)的輸出電壓為Um或Vmpp。
[0030] 本發(fā)明提供的基于三級(jí)步長的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法在追蹤最大功率點(diǎn)過程啟動(dòng) 時(shí)，優(yōu)先檢測選擇是否采用恒定電壓法進(jìn)行快速追蹤，提高系統(tǒng)快速追蹤特性，當(dāng)靠近最大 功率點(diǎn)時(shí)，采用三級(jí)可變步長的擾動(dòng)觀察法，進(jìn)行最大功率的精確追蹤，該方法具有以下優(yōu) 占 .
[0031] 1)該方法可以適用外部環(huán)境惡劣變化的情況下，防止誤判；
[0032] 2)該方法相對(duì)于電導(dǎo)增量法，控制運(yùn)行簡單，對(duì)硬件要求低；
[0033] 3)該方法可以實(shí)現(xiàn)追蹤的快速性及精確性。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明提供的基于三級(jí)步長的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)裝置組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明提供的基于三級(jí)步長的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法流程圖；
[0036] 圖3為本發(fā)明提供的方法中恒壓法追蹤最大功率點(diǎn)時(shí)效果圖；
[0037] 圖4為本發(fā)明提供的方法中采用擾動(dòng)觀察法追蹤最大功率點(diǎn)時(shí)效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 為更好地說明本發(fā)明，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，具體 如下：
[0039] 如圖1所示，為本發(fā)明提供的基于三級(jí)步長的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)裝置組成結(jié)構(gòu)示意 圖，包括：
[0040] 米樣模塊101，用于對(duì)系統(tǒng)的光伏陣列的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行米樣，U(k)表 示第k(k = 0, 1，2,…，k)次采樣的輸出電壓，I (k)表示第k(k = 0, 1，2,…，k)次采樣的輸 出電流，并根據(jù)U (k)和I (k)計(jì)算P (k);
[0041] 功率追蹤選擇模塊102,用于判斷U(k)是否小于Um，如是，則啟動(dòng)恒壓法追蹤模 塊，如否則啟動(dòng)擾動(dòng)觀察法追蹤模塊；
[0042] 恒壓法追蹤模塊103,用于執(zhí)行步驟S3的采用恒壓法進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，追蹤 得到的輸出電壓為Um，并將Um輸出至控制輸出模塊；
[0043] 擾動(dòng)觀察法追蹤模塊104,用于執(zhí)行步驟S4及S5,采用三級(jí)步長對(duì)最大功率點(diǎn)電 壓進(jìn)行追蹤，并計(jì)算選取的步長所修正后的電壓Vmpp ;
[0044] 控制輸出模塊105,用于控制所述系統(tǒng)的輸出電壓為Um或Vmpp。
[0045] 如圖2所示，本發(fā)明提供基于三級(jí)步長的最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方法執(zhí)行過程如下：
[0046] Sl :光伏電池系統(tǒng)啟動(dòng)后，前期追蹤開始，首先對(duì)光伏電池陣列的輸出電壓和輸出 電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，其中，以1](1〇表示第1^& = 0，1，2，一，1〇次采樣的輸出電壓，1(1〇表 示第k(k = 0, 1，2, ···，!〇次采樣的輸出電流，并根據(jù)U (k)和I (k)計(jì)算P (k)。
[0047] S2 :判斷U (k)是否小于Um，如是，則進(jìn)入步驟S3,如否則進(jìn)入步驟S4,其中，Um為 光伏電池的輸出特性曲線的最大功率點(diǎn)處的電壓。
[0048] 具體地，利用當(dāng)前的輸出電壓U(k)與最大功率點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值Um進(jìn)行