[發明專利]光伏發電系統全局最大功率點跟蹤方法及系統裝置

無效

• 申請號: 201010109287.3
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN101783621A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發明（設計）人: 廉小親;張曉力;于重重;段振剛;解欣業;吳軍;王偉;岳朋;鄧晶
• 申請（專利權）人: 北京工商大學;威海中玻光電有限公司
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;G05F1/67
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 朱麗華

技術領域

本發明屬于電力電子及自動控制技術領域，尤其涉及一種太陽能光伏發電 系統工作在復雜條件下的全局最大功率點跟蹤方法及實現該方法的系統裝置。

背景技術

在太陽能光伏發電系統中，太陽能電池是最基本的環節，若要提高整個系 統的效率必須要提高太陽能電池的轉換效率，使其輸出功率為最大。然而，太 陽能光伏電池的P-V特性具有非線性，并且它隨著外界環境(溫度、日照強度、 遮擋等)的變化而變化，所以不好控制。但是，在某一特定的溫度或日照強度 總存在著一個最大功率點(Maximum?Power?Point，MPP)。因此，通過一定的 算法加上相應的控制，可使太陽電池始終工作在MPP上，以實現最大功率輸出， 提高電池的轉換效率。

太陽能電池陣列的最大功率輸出主要基于在變化的環境條件下調整負載曲 線來完成，這也是目前所有最大功率跟蹤方法的根本依據。因此隨著溫度和太 陽強度的變化，要不斷地調整輸出負載工作點，使太陽能電池陣列一直處在對 應的最大輸出功率點上。

目前太陽能光伏發電系統常用的最大功率點跟蹤(MPPT)方法有：擾動觀 察法、電導增量法、定電壓跟蹤、功率回授法、最優梯度法、滯環比較法、間 歇掃描法、模糊控制法、實時監控法、神經網絡預測法以及功率匹配法。

MPPT在控制理論方面的研究主要集中在：

(1)優化控制，即通過建立優化效率數學模型，構造求解方法，從而得出 光伏發電系統最大功率的輸出；

(2)模糊邏輯控制，它不需要調制輸出電壓從而避免了部分功率損失，通 過定義輸入量及輸出量并借助MATLAB工具箱中的模糊邏輯原理來完成MPPT的 控制；

(3)人工神經網絡控制，在天氣發生間歇性變化的情況下，使得系統的精 度及穩定性得到了提高，有效的輸出最大功率；

(4)自適應控制，針對固定步長尋優的缺點進行改進，能較快的跟蹤太陽 能光伏陣列的最大功率，并具有較高的跟蹤精度；

(5)二次插值法，雖然太陽能光伏電池的輸出特性呈非線性，但是在某一 時刻其輸出功率相對于占空比是連續可導的，有且僅有一個極點，因此采用二 次插值法來進行最大功率點跟蹤具有較好的跟蹤性能。

從最大功率點跟蹤研究的進展來看，無論是電力電子技術應用方面還是在 控制理論方面，其研究基礎都是基于兩種方法之上，即擾動觀察法、電導增量 法。這些方法主要適應于P-V特性上存在單個峰值點情況，然而光伏發電系統的 電池板在部分遮擋的條件下P-V特性曲線將存在多個局部最大功率點，所以常規的 MPPT方法不能很好地適應在環境突變，及其在部分遮擋(如云層、建筑物、植 物等)等復雜條件下，光伏發電系統最大功率輸出的工作狀況。因此設計快速的 尋找全局最大功率點的方法是非常有意義的，同時設計能提高光電轉換效率又能降 低成本的全局最大功率點跟蹤裝置是非常必要的。

發明內容

本發明的目的是提供一種光伏發電系統全局最大功率點跟蹤方法，該方法可以 提高太陽能電池的發電效率。

為實現上述目的，本發明采取以下設計方案：

一種光伏發電系統全局最大功率點跟蹤方法，其采用一光伏發電系統全局最大 功率點跟蹤裝置，該跟蹤裝置中具有光伏電池陣列的輸出電壓、輸出電流檢測電 路，并具有一內置全局最大功率點跟蹤控制算法程序的控制器，控制器中帶有 定時器、A/D轉換器和PWM脈寬調制產生器，其PWM輸出經MOS驅動電路控制一 BOOST單元電路，BOOST單元電路的輸出接負載；所述的方法步驟如下：

1)系統初始化：斷開負載，獲取光伏電池陣列的開路電壓Voc，然后初始 化光伏發電系統全局最大功率點跟蹤裝置控制器的參數，其中：光伏電池陣列給 定電壓值V_r＝Voc*90％；同時設定初始化數值：用于A/D轉換的定時器采樣時間T、 擾動單位步長ΔV、采樣次數First、光伏發電系統發生的最小局部最大功率點 電壓Vmin、光伏發電系統發生的最大局部最大功率點Vmax、一個采樣周期內正 常的太陽能輻照變化所引起的光伏陣列輸出的功率的最大變化值ΔP₁和電池陣 列所能承受的最大功率變化值ΔP₂；