[發明專利]基于功率預測的動態最大功率點跟蹤技術

在審

• 申請號: 201910326807.7
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110018709A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 高玲;劉宏偉
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明專利屬于新能源開發以及電力系統優化領域，涉及基于功率預測的動態最大功率點跟蹤技術，采用功率預測的方法在相同電壓條件下，對光伏電池輸出功率進行預測；采用步長隨光伏發電系統輸出功率和最大功率點的差額變化的方法，實時動態的調整擾動觀察法的擾動步長。本發明可以改善擾動觀察法存在的誤判問題，解決擾動觀察法在最大功率點處的震蕩問題，提高光伏電池發電效率以及工作的穩定性。

技術領域

本發明專利涉及基于功率預測的動態最大功率點跟蹤技術，具體而言，涉及光伏發電系統的輸出功率最大化研究，屬于新能源開發以及電力系統優化領域。

背景技術

隨著化石燃料燃燒帶來的環境污染日趨嚴重以及人類對于能源的需求日益增多，世界各國對于可再生能源的發展和利用達成共識。太陽能是人類生活中最常見并被利用的能源，在所有新能源中太陽能憑借其獨特的優勢備受科學家矚目。豐富的太陽能通過光伏發電被人類利用，世界各地都在大力推進光伏發電產業的發展，但是仍有部分原因導致發電效率偏低。在光伏系統工作點方面，由于不同光照強度和環境溫度導致光伏電池的輸出特性不同，但都存在一個最大功率輸出，通過一定的控制算法改善光伏系統的工作點，可使光伏系統實時保持在最大功率輸出的狀態，對光伏系統輸出效率的提升是顯而易見的。因此，最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking，MPPT)技術是提升光伏發電效率的重要途徑措施。

在MPPT領域使用最為廣泛的一種控制方法為擾動觀察法(Perturb and Observealgorithms，P&Q)。該算法容易實現，設置的參數也較少，但是在實際應用中，它只是通過功率大小的簡單比較進行跟蹤，如果系統己經運行在最大功率點處，它仍然要通過改變工作點位置來判斷下一步的跟蹤方向，容易使得系統產生誤判現象；如果系統工作在最大功率點附近，在它繼續跟蹤的時候可能會錯過最大功率點，這樣就會導致系統一直在最大功率點附近震蕩，兩種情況都會導致光伏電池發電效率的降低。

發明內容

本發明專利針對上述存在的問題，提出基于功率預測的動態最大功率點跟蹤技術，采用功率預測的方法在相同電壓條件下，對光伏電池輸出功率進行預測；采用步長隨光伏電池與最大功率點的差額變化的方法，改善擾動觀察法存在的誤判問題，解決擾動觀察法在最大功率點處的震蕩問題，提高光伏電池發電效率以及工作的穩定性。

本發明專利為實現上述目的，采取以下技術方案予以實現：

光伏發電系統DC/DC環節采用升壓(Boost)電路，通過調整DC/DC變換器中功率開關管控制信號(PWM)的占空比D，調節外接負載與光伏電池內阻匹配，進而控制光伏電池工作在最大功率點處。

擾動觀察法通過反復不斷對輸出電壓進行擾動，改變占空比D的大小，根據公式P＝U×I，計算擾動前后的輸出功率，如果擾動后輸出功率上升，說明此前擾動能夠提高光伏電池的輸出功率，則繼續向同一方向増加擾動；若輸出功率通過對比發現變小，說明此前擾動不利于提高光伏電池輸出功率，則往相反方向進行擾動。

當采樣周期足夠小時，可以假定一個采樣周期內光照強度的變化率恒定。kT測得的功率為P(k)，之后不對電壓進行擾動，而是在半個周期后(即(k+1/2)T時刻)增加一次功率采樣，測得功率P(k+1/2)，利用這兩個功率得到基于一個采樣周期的預測功率P′(k)。之后，對電壓進行擾動測得(K+1)T時刻的功率P(k+1)。P′(k)和P(k+1)可認為在同一輻照度下擾動前后的功率，因此，利用P′(k)和P(k+1)進行MPPT可以有效的改善誤判的問題。

對于震蕩問題，根據光伏電池的實時功率與最大功率點的差值建立函數，實時的改變ΔD的值，從而實時動態的調整擾動觀察法的步長D，使得光伏電池的工作點可以穩定在最大功率點處，解決了最大功率點附近的工作點震蕩問題，減小能量損失，提高光伏電池的發電效率以及運行的穩定性。

本發明專利相對于現有技術具有如下有益效果：