[發明專利]應用于多級式光伏并網發電系統的最大功率點追蹤方法

有效

• 申請號: 201310362304.8
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103472885A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 張琦;孫向東;郭列;安少亮;任碧瑩;楊慧
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67;H02J3/38
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

1.應用于多級式光伏并網發電系統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、直流母線電壓、并網電流和電網電壓進行采樣；

步驟2：對多級式光伏并網發電系統進行建模，并分析得出系統的穩定性工作條件；

步驟3：對多級式光伏并網發電系統進行最大功率點跟蹤。

2.根據權利要求1所述的應用于多級式光伏并網發電系統的最大功率點跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟2對多級式光伏并網發電系統進行建模，并分析得出系統的穩定性工作條件，具體按照以下步驟實施：

用可控直流電壓源代表直流母線，控制其電壓為母線電壓給定V_dcref，將DC_DC變換器等效為理想的直流變壓器，變壓器變比滿足由于V_PV隨著光伏陣列的工作點而改變，所以變壓器為可調變比的，將逆變并網部分直接等效為電流源；忽略防反充二極管的壓降，電容C兩端的電壓與光伏陣列電壓相等，以i_PV、i_C、i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，V_PV表示光伏陣列輸出瞬時電壓，p_ref為給定瞬時并網功率，忽略并網無功功率的影響，以P₁和P₂分別表示變壓器原邊和副邊的功率，P₁與P₂相等，P_dc表示直流母線的功率流動量，則：

ipv=ic+i=Cdvpvdt+p1vpv,]]>

∫tt+TPref=∫tt+T(P2+Pdc)=P2T+12CdcΔvdc2,]]>

其中，T為并網周期，Dv_dc為一個并網周期內母線電壓的變化量，而母線電壓經過控制以后波動非常小，可以忽略，得出：

P_ref=P₂=P₁，

ipv=ic+i=Cdvpvdt+prefvpv,]]>

結合光伏電池組件的工程數學模型I_z=f(I_ph,V)=I_ph-ε[exp(ξV_z)-1]與上式可以得到如下式表示的光伏并網發電系統動態模型，式中，

v·pv=IphC-ϵC[exp(ξvpv)-1]-prefCvpvvpv=vpv(0)+v·pv,]]>

其中，I_z為光伏組件輸出電流，I_ph為電池組件的等效光生電流，V_z為光伏組件輸出電壓，ε=n_pI₀，n_p為并聯電池單元數目，I₀為光伏電池內部等效二極管的P-N結反向飽和電流，ξ=q/n_ck_cTn_s，q為電子電荷量，n_c為二極管特性因子，k_c為波爾茲曼常數，T為光伏電池絕對溫度，n_s為串聯電池單元數目；

對于單相系統，p_ref中含有交流成分，描述為：

pref=p‾+p‾cos2ωgt,]]>

其中，為平均輸出功率，ω_g為電網頻率；

對于三相系統，p_ref中僅含有直流成分，用下式表示：

pref=p‾,]]>

直流濾波電容中儲存一定的能量，且存在：

p_pv=p_ref+i_cv_pv，

由以上對多級式光伏并網發電系統的建模，定性分析得出穩定性規律：在光伏陣列P-V曲線最大功率點左側，如果對給定功率p_ref一個正擾動，則光伏陣列電壓V_PV下降，光伏陣列輸出功率p_pv下降，如果連續施加正擾動，則陣列電壓會持續向左移動導致系統崩潰；如果對給定功率p_ref一個負擾動，則光伏陣列的電壓V_PV上升，光伏陣列輸出功率p_pv上升，如果持續施加負擾動，則陣列電壓會持續向右移動直到進入最大功率點右側區域；在最大功率點右側，對給定功率p_ref一個正擾動，則光伏陣列電壓V_PV下降，光伏陣列輸出功率p_pv上升，連續施加正擾動會使陣列電壓持續向左運動，輸出功率不斷上升，直至越過最大功率點進入左側區域；所以對于多級式光伏并網發電系統，不管是三相還是單相，光伏陣列的穩定工作點都在包括最大功率點在內的右側區域，最大功率點左側區域為非穩定工作區；在非穩定區域時通過減小并網逆變器輸出功率改變光伏陣列輸出電壓的運動軌跡，從而使其進入穩定工作區。

3.根據權利要求1所述的應用于多級式光伏并網發電系統的最大功率點跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟3對多級式光伏并網發電系統進行最大功率點跟蹤，具體按照以下步驟實施：

利用DC_DC變換器實現母線穩壓控制，選用Boost電路，采用母線電壓外環加電感電流內環控制，外環采用PI控制器，內環采用P控制器，利用并網逆變器實現最大功率點跟蹤，在光伏陣列電壓穩定工作時以一定步長給并網功率值施加一個正擾動信號，若光伏陣列電壓下降速率逐漸減小并再次趨于穩定，則證明光伏陣列輸出電壓位于最大輸出功率點電壓右側，此時繼續給并網功率施加正擾動；若陣列電壓下降速率逐漸增大，電壓值無法穩定，則證明光伏陣列工作點在最大功率點左側，此時對并網功率施加負擾動，使光伏陣列工作電壓恢復至最大功率點電壓右側，穩定后繼續以一定步長給并網功率施加正擾動使光伏陣列工作電壓點趨于最大功率點電壓；在光伏陣列輸出電壓變化過程中，不對并網功率進行改變。