一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推mppt方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基 于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 上個(gè)世紀(jì)以來，隨著石油、煤炭和天然氣為代表的化石能源的逐漸消耗以及化石 能源燃燒，造成環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻，世界能源結(jié)構(gòu)由以化石能源為主導(dǎo)向大力發(fā)展非化石 能源的轉(zhuǎn)變勢在必行。
[0003] 我國作為一個(gè)資源大國，同時(shí)也是世界上最大的發(fā)展中國家，能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化還 有很長的路要走。根據(jù)最新的資料顯示，2013年中國一次能源生產(chǎn)總量34億噸標(biāo)煤，居世 界第一，其中煤炭產(chǎn)量占世界的47. 5%，石油產(chǎn)量占5%，天然氣產(chǎn)量占3. 2%，非化石能源 產(chǎn)量占15. 3%，電力裝機(jī)占24. 5%，非化石能源消費(fèi)占能源消費(fèi)總量的9. 8%，非化石能源 裝機(jī)總量占電力裝機(jī)總量的30. 9%，目前，風(fēng)電并網(wǎng)容量累計(jì)達(dá)到8123萬千瓦，位列世界 前茅，光伏發(fā)電增長強(qiáng)勁，裝機(jī)容量達(dá)到2242萬千瓦。
[0004] 國家主席習(xí)近平在APEC工商領(lǐng)導(dǎo)人峰會的演講中，以及APEC第二十二次領(lǐng)導(dǎo)人 非正式會議上的開幕辭里，兩次提及"能源革命"，并將其與科技革命、產(chǎn)業(yè)革命并列為新一 輪全球性的"革命"。中美發(fā)布的"氣候變化和清潔能源合作的聯(lián)合聲明"，宣布了中國在 2020年之后的氣候變化行動。這是中國首次正式提出溫室氣體排放峰值將于2030年左右 到來，并提出非化石能源占一次能源消費(fèi)比例從2020年的15%提升到2030年20%左右。
[0005] 光伏發(fā)電作為非化石能源的重要組成部分，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢條件。首先，太陽能 資源儲量巨大。太陽照射地球的功率達(dá)80萬千瓦/每秒，假如將地球表面0. 1 %的太陽能 轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)換效率5%，則每年發(fā)電量可達(dá)5. 6X1012kWh，相當(dāng)于全球能耗的40倍。其 次，太陽能發(fā)電系統(tǒng)不受地域、海拔等因素的限制，并且太陽能光伏發(fā)電本身不排放包括溫 室氣體和其他廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，無需燃料、無噪聲，屬于真正綠色可再生能源。此外光 伏發(fā)電還可以很容易地與建筑物相結(jié)合，組成光伏、建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，無需單獨(dú)占地， 節(jié)省了寶貴的土地資源。
[0006] 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，單相多級式光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單、靈活易用，在光伏發(fā)電應(yīng)用中占有重要地位。它的輸出端與電網(wǎng)連接，負(fù)責(zé)將光 伏電池組件產(chǎn)生的不穩(wěn)定的直流電能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的交流電能，送至電網(wǎng)。如圖1所示，光伏 組件產(chǎn)生的電能經(jīng)DC/DC直流-直流調(diào)壓后再經(jīng)直流母線電容CDC以及DC/AC直流交流逆 變器轉(zhuǎn)換為交流電能，與電網(wǎng)連接，將電能傳輸至電網(wǎng)。
[0007] 轉(zhuǎn)換效率的提高，是光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)最重要的目的之一。光伏組件的輸出特 性曲線具有非線性特征，受到光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、濕度、地域和負(fù)載等情況影響，如圖2所 示。而MPPT的工作就是在光伏并網(wǎng)逆變器的輸入端，在外界條件不斷變化的影響下，通過 改變光伏組件兩端的電壓，調(diào)整其工作點(diǎn)，使光伏組件始終以最大的功率向逆變器輸送，在 源頭上提高光伏并網(wǎng)逆變器的效率。因而MPPT是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有非常 重要的意義。
[0008] 通常采用的MPPT方法包括固定步長跟蹤法、擾動觀察法、電導(dǎo)增量法、智能MPPT 控制法等。其中擾動觀察法是使用最廣泛的一種MPPT方法。該方法算法簡單，對傳感器精 度要求不高，但卻帶有一些缺點(diǎn)，包括：穩(wěn)態(tài)工作時(shí)工作點(diǎn)振蕩，造成功率損失；人為施加 擾動，若外界環(huán)境劇烈變化，會導(dǎo)致系統(tǒng)誤判，造成功率損失，甚至于發(fā)生電壓崩潰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，與傳統(tǒng)擾動 觀察法相比，沒有人為施加擾動的環(huán)節(jié)，提高了MPPT的跟蹤速度、精度。
[0010] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，計(jì)算 光伏組件輸出功率Ppv，將嵌入式處理器產(chǎn)生的并網(wǎng)電網(wǎng)同步2倍頻信號U(；2與計(jì)算得到的 含有100Hz波動影響的光伏組件輸出功率Ppv在一個(gè)或數(shù)個(gè)2倍工頻周期（0. 01秒）內(nèi)進(jìn) 行積分，根據(jù)結(jié)果判斷當(dāng)前工作點(diǎn)與最大功率點(diǎn)的位置關(guān)系，通過線性外推法得到下一步 光伏組件兩端電壓的指令值，調(diào)整光伏組件的工作點(diǎn)使其向最大功率點(diǎn)移動，實(shí)現(xiàn)最大功 率點(diǎn)跟蹤。
[0011] 具體包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :由嵌入式處理器產(chǎn)生相位與電網(wǎng)電壓同相、頻率是電網(wǎng)電壓頻率2倍的正 弦信號ue2，同時(shí)由光伏組件兩端傳感器檢測得到的光伏組件輸出電壓瞬時(shí)值uPV、輸出電流 瞬時(shí)值iPV，計(jì)算得到光伏組件輸出功率瞬時(shí)值PPV=uPViPV;
[0013] 步驟2 :當(dāng)系統(tǒng)工作點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)，利用嵌入式處理器，在一個(gè)或數(shù)個(gè)100Hz周期，即 0. 01Xn秒內(nèi)對步驟1得到的％及PPV的乘積進(jìn)行積分得到Sint:
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，計(jì)算光伏組件輸出功率 PPV，將嵌入式處理器產(chǎn)生的并網(wǎng)電壓同步2倍頻信號U(；2與計(jì)算得到的含有100Hz波動影響 的光伏組件輸出功率Ppv在一個(gè)或數(shù)個(gè)2倍工頻周期，即0. 01秒內(nèi)進(jìn)行積分，根據(jù)結(jié)果判斷 當(dāng)前工作點(diǎn)與最大功率點(diǎn)的位置關(guān)系，通過線性外推法得到下一步光伏組件兩端電壓的指 令值，調(diào)整光伏組件的工作點(diǎn)使其向最大功率點(diǎn)移動，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，具 體包括以下步驟： 步驟1 :由嵌入式處理器產(chǎn)生相位與電網(wǎng)電壓同相、頻率是電網(wǎng)電壓頻率2倍的正弦信 號ue2，同時(shí)由光伏組件兩端傳感器檢測得到的光伏組件輸出電壓瞬時(shí)值uPV、輸出電流瞬時(shí) 值iPV，計(jì)算得到光伏組件輸出功率瞬時(shí)值PPV=uPViPV; 步驟2 :當(dāng)系統(tǒng)工作點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)，利用嵌入式處理器，在一個(gè)或數(shù)個(gè)100Hz周期，即 0. 01Xn秒內(nèi)對步驟1得到的％及PPV的乘積進(jìn)行積分得到Sint:
其中，Sint為積分結(jié)果，n為參與積分計(jì)算的周期總數(shù)，n取大于等于1的整數(shù)，T= 0. 01s，是100Hz波動的周期； 記錄當(dāng)前工作點(diǎn)及上一工作點(diǎn)的Sint及UPV，其中UPV為光伏組件兩端電壓的穩(wěn)態(tài)直流 分景?
步驟3 :根據(jù)步驟2確定的當(dāng)前工作點(diǎn)的UPV、Sint及上一工作點(diǎn)的UPV、Sint，采用線性外 推的算法確定下一工作點(diǎn)的UPV，通過調(diào)整工作點(diǎn)使工作點(diǎn)向Sint= 0處移動，實(shí)現(xiàn)最大功率 點(diǎn)跟蹤。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟1中嵌入式處理器的型號為STM32ZBT6。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟1中光伏組件輸出電壓瞬時(shí)值1^由HT7050A型電壓傳感器測得，輸出電流瞬時(shí)值iPV 由MAX471型電流傳感器測得。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟2中n的優(yōu)選值為5。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟3具體為： 假設(shè)當(dāng)前工作點(diǎn)為A點(diǎn)，對應(yīng)UPV=U，Sint=S，前一工作點(diǎn)為A^，對應(yīng)UPV=U^Sint =S0,則： 步驟3. 1 :連接AA。兩點(diǎn)，與橫軸交點(diǎn)為Ui，顯然AJU#AUUi是兩個(gè)相似三角形，根據(jù) 相似三角形對應(yīng)邊成比例的公式可知：
其中
這樣就可 以求出U,，即：
步驟3. 2 :以Ui為指令，調(diào)整光伏組件的工作點(diǎn)至Ai，S卩：使工作點(diǎn)向Sint= 0處移動； 步驟3. 3 :待工作點(diǎn)穩(wěn)定后，返回步驟2,計(jì)算新的當(dāng)前工作點(diǎn)Sint值，接著用新的 當(dāng)前工作點(diǎn)八:的UPV、Sint數(shù)據(jù)與上一工作點(diǎn)A的UPV、Sint數(shù)據(jù)重復(fù)步驟3,當(dāng)前后兩個(gè)工作 點(diǎn)的電壓差A(yù)UP/j、于閾值UTH時(shí)停止調(diào)整工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟3. 2中工作點(diǎn)的調(diào)整方法為：對于單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器，通過調(diào)整BOOST電路 的占空比D改變叫￥來調(diào)整工作點(diǎn)；對于單相單級式光伏并網(wǎng)逆變器，通過調(diào)節(jié)并網(wǎng)電流的 指令值來調(diào)整工作點(diǎn)。
8. 如權(quán)利要求6所述的一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，其特征在于，所 述步驟3. 3中的閾值UTH不超過最大功率點(diǎn)處電壓U^p的5%，即UTH< 5%U^。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，計(jì)算光伏組件輸出功率PPV，將嵌入式處理器產(chǎn)生的并網(wǎng)電壓同步2倍頻信號uG2與計(jì)算得到的含有100Hz波動影響的光伏組件輸出功率PPV在一個(gè)或數(shù)個(gè)2倍工頻周期(0.01秒)內(nèi)進(jìn)行積分，根據(jù)結(jié)果判斷當(dāng)前工作點(diǎn)與最大功率點(diǎn)的位置關(guān)系，通過線性外推法得到下一步光伏組件兩端電壓的指令值，調(diào)整光伏組件的工作點(diǎn)使其向最大功率點(diǎn)移動，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。本發(fā)明一種基于并網(wǎng)功率波動的線性外推MPPT方法，與傳統(tǒng)擾動觀察法相比，沒有人為施加擾動的環(huán)節(jié)，提高了MPPT的跟蹤速度、精度。
【IPC分類】G05F1-67, H02J3-38
【公開號】CN104617595
【申請?zhí)枴緾N201510030219
【發(fā)明人】陳增祿, 曹立航, 胡秀芳, 張俊奇, 方日
【申請人】西安工程大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月21日