[發明專利]一種光伏發電系統近線性最大功率點跟蹤方法

無效

• 申請號: 201410295397.1
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104020814A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 趙爭鳴;袁立強;魯挺;孫曉瑛;賀凡波;楊晟;鐘山
• 申請（專利權）人: 蘇州青云能源科技有限公司
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 孫雪

技術領域

本發明涉及一種應用在獨立的以及并網型光伏發電系統中的最大功率點跟蹤方法，屬于光伏發電系統控制技術領域。

背景技術

獨立光伏發電系統自帶儲能環節，不需與電網相連就可以提供持續電能輸出，因此在偏遠無電地區等場合得到逐漸應用；并網型光伏發電系統可帶或不帶儲能環節，其輸出端與市電相連，向電網輸出電能，如同一個小型的分布式發電站，傳統的控制方式較復雜，通常需要雙環控制電路，其中內環為電流環實現并網型光伏逆變器輸出電流與市電電壓同步輸出，外環為電壓環通過調節光伏陣列的輸出電壓實現光伏陣列的最大功率輸出。

人們普遍認為太陽能陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強度、環境溫度和負載情況影響。目前，市場上常見的由36塊光伏電池構成的光伏模塊其典型的I-V，P-V隨著光照強度、溫度變化的特性曲線如圖1、圖2所示。圖1清楚表明了光伏模塊從清晨到傍晚其輸出功率隨著日照強度而變化，曲線的光照強度從上到下依次為1000、800、600、400、200W/M²，根據該組曲線可知光伏電池在一天內輸出功率變化范圍相當寬廣。圖3、圖4顯示了光伏電池陣列I-V，P-V曲線在標準照度下隨著溫度不同而變化的曲線，曲線從右到左的參考溫度依次為0、25、50、75℃。在一定的光照強度和環境溫度下，太陽能電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，太陽能電池的輸出功率才能達到最大值，這時太陽能電池的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點，我們稱之為最大功率點(Maximum?Power?Point,MPP)。因為光伏電池陣列P-V曲線是高度非線性，因此根據P-V曲線特性，通過直接調節光伏陣列輸出電壓，實現光伏電池陣列最大功率點跟蹤控制的許多策略，都難以做到快速、平滑地跟蹤光伏電池陣列最大功率工作點(MPP)。

在光伏發電系統中，要提高系統的整體效率，一個重要的途徑就是實時調整太陽能電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程就稱之為最大功率點跟蹤(Maximum?Power?Point?Tracking,MPPT)。

最大功率點跟蹤控制(MPPT)策略采用實時檢測光伏陣列的輸出功率，通過一定的控制算法預測當前工況下陣列可能的最大功率輸出，使負載曲線與光伏發電曲線相匹配，從而滿足光伏陣列輸出最大功率的條件。這樣即使光伏電池在照度、溫度變化的環境下，光伏發電系統仍然可以工作在當前工況下的最佳狀態。

為便于說明，現將光伏陣列發電曲線與負載匹配曲線繪制如圖5所示。當負載為R1時，其負載曲線與光伏發電曲線的交叉點為A1，當增加負載電阻值為R2、R3時，其交叉點分別移至A2、A3點，由曲線圖可知當負載電阻值為R2時，負載從光伏陣列中獲得了最大的功率。

目前比較成熟的MPPT技術主要有一階爬山法、干擾觀察法、電導增量法以及各種改進電導增量法等等，這些技術一般都是以是電壓作為參考值進行調節，以達到對光伏發電系統最大功率點進行跟蹤控制的目的。但是光伏陣列dP/dV與V的關系是非線性的，如圖6所示。因此基于dP/dV－V的關系的各種最大功率跟蹤控制轉換方法，都會存在一些缺點，包括速度慢，控制復雜，易產生功率波動，從而造成效率損失。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于光伏陣列的輸出功率P對其輸出電壓V的變化率與光伏陣列負載電流I近似線性關系的光伏發電系統近線性最大功率點跟蹤方法，可應用在獨立的及并網型光伏發電系統，并且在速度、穩定性、效率和控制簡易程度上都有改進。若將本發明方法應用在并網型光伏發電系統，則只需要一個電流環通過調節PWM驅動信號既可實現并網型逆變器輸出與市電電壓同步的電流，同時又能夠實現光伏陣列最大功率輸出跟蹤控制。

基于試驗室300W的光伏電池陣列模型仿真以及對實驗數據處理發現，當光伏陣列工作在最大功率點時，dP/dV與負載電流I之間存在著近似的線性關系。圖7顯示了dP/dV－I仿真曲線，圖8顯示了dP/dV－I的實驗曲線。根據光伏陣列dP/dV－I的近似線性特性的關系，即可利用電流作為參考量，改變傳統的以電壓作為參考量的方法，通過調節光伏陣列的輸出電流，也能實現光伏陣列的最大功率點(dP/dV＝0)跟蹤，而且該方法為線性控制方法，從理論上講，以電流作為參考值的最大功率點跟蹤方法要優于以電壓作為參考值的最大功率跟蹤方法。

當光伏陣列工作在最大功率點(dP/dV＝0)及穩定工作點附近時，dP/dV是自變量為I的近似一次函數，具有如下關系式：