[發(fā)明專利]基于輸出電壓頻率步進擾動的最大功率點跟蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410200566.9
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN104035476A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張琦;田冬;孫向東;宋衛(wèi)章;安少亮;任碧瑩;田小野
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能分布式發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于輸出電壓頻率步進擾動的最大功率點跟蹤方法。

背景技術(shù)

光伏水泵是利用太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，所輸出的直流電經(jīng)逆變器變換為三相工頻交流電后為水泵供電，通過對逆變器的控制就可以控制水泵的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩，進而就可以調(diào)節(jié)水泵的揚程和流量。因此，在光照變化條件下，盡可能多的從光伏電池板汲取電能、提高光伏電池組件的電能利用率就顯得尤為重要了。

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的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，才能提高光伏電池組件的電能利用率。

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，如：定電壓法、擾動觀察法、增量電導(dǎo)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。定電壓法是利用光伏電池的最大功率點電壓與其開路電壓的比值為一常數(shù)(大約為0.78)這一特性，控制光伏陣列的輸出電壓滿足0.78倍的開路電壓即可。該方法控制簡單，易于實現(xiàn)，跟蹤速度快，但在外界環(huán)境變化導(dǎo)致開路電壓發(fā)生變化時，光伏電池的輸出功率會偏離最大功率點。擾動觀察法是利用光伏陣列P-V特性曲線的單峰值特性，擾動光伏陣列的輸出電壓或電流，觀察光伏陣列輸出功率的變化，根據(jù)功率變化的趨勢連續(xù)改變擾動電壓或電流方向，使其工作在最大功率點處。該方法控制簡單，對檢測元件要求不高，但會造成震蕩和誤判。增量電導(dǎo)法也是利用其P-V曲線的單峰值特性，令dP/dV＝0，及因此將作為判斷最大功率點的條件。該方法控制精確，響應(yīng)速度快，但算法復(fù)雜，對檢測元件要求較高，也會出現(xiàn)震蕩和誤判現(xiàn)象。

在數(shù)字化實現(xiàn)最大功率點跟蹤算法時，部分算法的數(shù)字化會對最大功率點跟蹤性能造成影響，在某些情況下甚至?xí)棺畲蠊β庶c跟蹤算法失效。在不考慮噪聲干擾的情況下，量化誤差是造成數(shù)字化最大功率點跟蹤算法失效的原因之一。因此，尋找一種最大功率點跟蹤方法以便解決采樣量化誤差對最大功率點跟蹤的影響是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于輸出電壓頻率步進擾動的最大功率點跟蹤方法，在光伏陣列電壓穩(wěn)定的前提下，對逆變器輸出電壓頻率進行步進擾動，觀察陣列電壓是否在穩(wěn)定工作區(qū)域。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于輸出電壓頻率步進擾動的最大功率點跟蹤方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1：采集光伏陣列輸出電壓；

步驟2：對逆變器輸出電壓頻率f_s進行擾動，觀察光伏陣列輸出電壓的變化趨勢來確定最大功率點。

本發(fā)明的特點還在于，其中的步驟2具體按照以下步驟實施：

以逆變器輸出電壓頻率f_s代替光伏陣列輸出功率，首先對光伏陣列電壓進行采樣，采樣結(jié)果存放在變量V_PV中，進而計算當(dāng)前給定電壓信號V_ref與V_PV的差值e_v；

若e_v值連續(xù)多次與其前一次計算值e_{v_1}相等，則認為光伏陣列輸出電壓穩(wěn)定，此時將V_PV的值賦予給定電壓信號V_ref，然后根據(jù)前一次給定輸出頻率的擾動增量df_s與e_v的比值大小確定新的給定輸出頻率的擾動增量df_s的大小，并重新計算輸出電壓頻率f_s；

當(dāng)e_v值大于e_{v_1}值時，說明光伏陣列輸出電壓正在下降，若電壓連續(xù)下降無法穩(wěn)定時，則根據(jù)光伏陣列輸出電壓的運動特性可知，此時采用比例控制器減小逆變器輸出頻率可以遏制光伏陣列電壓下降趨勢，并且可使光伏陣列電壓運動至穩(wěn)定工作點，當(dāng)光伏陣列輸出電壓穩(wěn)定后，再次增大逆變器輸出頻率，重復(fù)進行陣列電壓的觀測與處理；

當(dāng)e_v值小于e_{v_1}值時，說明在逆變器輸出頻率一定的情況下，陣列輸出電壓正在上升的過程中，此時陣列電壓以穩(wěn)定軌跡運行并且最終會收斂于穩(wěn)定點，所以在陣列輸出電壓上升階段不改變逆變器輸出頻率，待其穩(wěn)定工作后，再逐漸增加逆變器輸出頻率，最終實現(xiàn)最大功率點跟蹤功能，光伏陣列穩(wěn)定工作的點就是最大功率點。